石英晶体的等效电路

元器件与材料

石英晶体的等效电路

石英，主要成分是SiO₂，形成六方柱状晶体。沿一定方向切割的石英晶片，当受到机械应力作用时将产生与应力成正比的电场或电荷，这种现象称为正压电效应；反之，当石英晶片受到电场作用时将产生与电场成正比的应变，这种现象称为逆压电效应。除压电效应外，石英晶体还具有优良的机械特性、电学特性和温度特性，因此可用来设计制作振荡器和滤波器等，有优良的稳频和选频性能。石英晶体振荡器的等效电路：

石英晶体振荡器等效电路

其中，Co为静电容，L1为动态电感，C1为动态电容，R1为动态电阻。

石英晶体振荡器简称晶振，主要有两个很接近的谐振频率：

石英晶体振荡器频率

因为C1只有0.01~0.1pF量级，而C0一般在几pF到几十pF范围，所以fs和fp之间很接近。

石英晶体振荡器频率

晶振的C1、L1等参数，一般可以从其参数表中查到，也可以通过从外部测量得到的参数计算得到：

石英晶体振荡器

其中，Cs为测量得到的晶振静态电容，CL为晶振的负载电容。晶振的动态电阻R1也可以通过测量得到，由此可以计算得到并联电阻和Q值：

石英晶体振荡器

晶振在使用时，会与外部电路组成振荡电路，其振荡频率与整体的负载电容有关：

石英晶体负载电容

负载电容由晶振两端的寄生电容Cs、输入电容Ci、输出电容Co、引线寄生电容、PCB引线寄生电容及外接电容等组成。因为引线寄生电容一般比较小，而恰当布线的PCB引线电容也不大，公式可以简化为：

石英晶体负载电容

可以从晶振的手册中查到其两端的寄生电容Cs、输入电容Ci和输出电容Co。然后就可以计算得到所需要外接的并联到晶振输入端及输出端的电容值。晶振的标称频率是在一定的负载电容下测量得到的，所以使用时一定要外接恰当的电容，以使总体的负载电容与晶振标称的负载电容一致，这样才能使其工作在相应的频率上，不然就会有一定的偏差。

常用的石英晶体振荡器有HC-49等，可以工作在基频、三次泛音和五次泛音：
基频频率范围：1.8~25MHz
三次泛音频率范围：25~80MHz
五次泛音频率范围：80~150MHz
频率偏差：±10~50ppm(25℃)
频率温度特性：±10~100ppm(-20~70℃)
驱动电平：10~100uW
频率时间误差：每年5ppm(25℃)

晶振常用电路

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