石英谐振器工作原理分析

石英晶体

石英晶体在电路中用作时间或者频率基准源，堪称设备的心脏。石英晶体谐振器又叫做无源晶振或谐振器，英文为Crystal Resonator.

1880年，居里兄弟Jacques和Pierre Curie发现了石英晶体受到压力时，表面会产生电荷，电荷量和外机械力成正比的关系。这种现象为压电效应Piezoelectricity。具有压电效应的物体称为压电体。

如果对石英晶片施加压力，晶片上会产生电荷；反之，对晶片两端的电极施加电压时，晶体会产生机械变形。

示意图

晶片的频率取决于晶片的切割，尺寸等因素。晶片的Q值越高，频率越稳定。由于无源晶振内部没有IC，需要外部电路配合使用，所以无源晶振的稳定度很大程度取决于用户对外部电路的匹配。

等效电路

石英晶体的压电谐振现象可以用等效电路来模拟。等效电路包括静态电容C0，动态电容C1，谐振电阻R1，以及动态电感L1。

振荡电路

无源晶体本身不能产生振荡信号，需要加外部振荡电路，分为串联型振荡电路和并联型振荡电路两种。

串联晶体振荡器是一种反馈性振荡器，由放大器和反馈网络组成。石英谐振器和负载电容串联。谐振器为纯阻性。

并联晶体振荡器中，石英谐振器接在反馈支路中，工作在串联和并联谐振频率之间，谐振器为感性。在电路中作为电感元件使用。电路匹配电容C1， C2加上电路的杂散电容Cstray，越接近晶体的负载电容，晶体输出的频率则越精准。