晶體單元在電路中的工作方式是什么, 溫度頻率特性又是什么

一顆晶振有數(shù)十種性能,比如老化特性,相位噪聲,頻率衰減特性等等都是晶振產(chǎn)品所具備的性能特性,不過往往用戶關(guān)心的性能就僅僅是頻率,負載,頻率容差,尺寸等較為基礎(chǔ)的性能;當然,對于一些特殊用戶來說,有時候工作溫度也是較為關(guān)鍵的選型標準,像有源方面的就需要確定工作電壓等參數(shù),但是了解晶體單元的工作方式和溫度頻率特性也是相當有必要的,這樣有助于更好的運用晶振產(chǎn)品.

眾所周知,晶體單元也就是晶振產(chǎn)品,是頻率控制元器件,主要作用是應(yīng)用在電子產(chǎn)品上作為時鐘源(也就是提供頻率信號),它的輸出頻率穩(wěn)定性關(guān)系到了整個模塊乃至整個設(shè)備的穩(wěn)定性.所以根據(jù)性能不同,晶振產(chǎn)品也分出了三六九等,其中無源晶振性能較差,高級有源晶振性能較穩(wěn)定.但是你知道晶體單元在電路中的工作方式是什么樣的嗎,又有哪幾種呢?我們時常說的溫度頻率特性又代表的是什么意思呢?

首先來看一下晶體單元在電路中的工作方式:

晶體單元可用于電路中,以串聯(lián)或并聯(lián)兩種模式工作.

1)串聯(lián)諧振:在串聯(lián)諧振下工作的晶體單元在電路中呈現(xiàn)電阻性,并且晶體單元的值幾乎等于運動電阻R1.除非指定了負載能力,否則大多數(shù)晶體都是在串聯(lián)諧振下制造的.

2)并聯(lián)諧振:在并聯(lián)諧振下工作的晶體在電路中表現(xiàn)出電感性.石英晶振頻率將由晶體的等效電參數(shù)和負載電容CL決定,而負載電容CL是在振蕩器電路中使用時確定晶體單元“條件”的一個因素.在普通的振蕩電路中,晶體單元在其起感應(yīng)電抗作用的范圍內(nèi)使用.

換句話說,當從晶體單元的兩個端子觀看振蕩電路時,該振蕩電路可以表示為負電阻-R和電容CL的串聯(lián)電路.那時該電容稱為負載電容,負載電容之間的關(guān)系小,頻率變化量大,并且當負載電容增加時,頻率變化降低.如果減小電路中的負載電容以確保較大的振蕩頻率余量,則即使電路中的變化很小,頻率穩(wěn)定性也會受到很大影響.負載能力可以從數(shù)據(jù)表上指定的標準值中進行選擇.

其次則是頻率-溫度特性,晶振的這一特性其實和頻率公差是差不多的,甚至它們所使用的的單位都是一樣的;只是這兩個參數(shù)性能的本質(zhì)或者說的環(huán)境因素不相同;頻率公差是晶振產(chǎn)品在常溫下(通常情況下是25℃)的頻率穩(wěn)定度,而頻率-溫度特性則是代表頻率穩(wěn)定性隨溫度變化而變化的變化特性.

要使用晶體單元作為振蕩器,要求其振蕩頻率對溫度變化穩(wěn)定.石英貼片晶振具有晶體學軸,并且根據(jù)相對于晶體學軸的切割角度及其相關(guān)的振動模式定義晶體切割.最常用的AT切割晶體單元的頻率-溫度特性由三次曲線表示.(見上圖)在給定的工作溫度范圍內(nèi),以一定角度切割石英晶片,以獲得所需的頻率公差.然而,實際上,由于在后續(xù)過程中切割和拋光精度的結(jié)果,表觀切割角度可能會有一些偏差.因此,需要優(yōu)化處理精度.