首頁(yè)常見(jiàn)問(wèn)題 R?和Q在石英諧振器電路中代表的意義
R?和Q在石英諧振器電路中代表的意義
來(lái)源：http://m.tuanchewang.com 作者：康華爾電子 2019年04月27
以往探討或提供的石英晶體諧振器資料中，經(jīng)常會(huì)提到諧振電阻和振動(dòng)質(zhì)量，是行業(yè)里比較專(zhuān)業(yè)的術(shù)語(yǔ)，一般不是從事晶體開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的，會(huì)不理解是什么意思。先來(lái)說(shuō)說(shuō)這兩個(gè)的代號(hào)，諧振電阻是石英晶體電路布局圖里常見(jiàn)到的R1，而振動(dòng)質(zhì)量就是經(jīng)常提到的Q值，下面是R1和Q值詳細(xì)的解說(shuō)。
諧振電阻R1：
諧振電阻R1由諧振器的衰減產(chǎn)生。為了確定總衰減，有利的是引入阻尼常數(shù)J1=R1C1。厚度剪切振動(dòng)的衰減主要是由以下原因引起的：材料J“的粘性阻尼，諧振器JN的有限尺寸的阻尼和氣體JG周?chē)?a href="http://m.tuanchewang.com/Shuijing/" target="_blank">水晶振子的阻尼（在真空殼體中省略）和最可忽略的電阻，電極JE。
對(duì)于自然界中發(fā)現(xiàn)的石英（石英晶體），常數(shù)J“取決于材料的內(nèi)部損耗，J”=10@10-15s。對(duì)于目前幾乎專(zhuān)用的合成石英，根據(jù)材料的質(zhì)量等級(jí)，該值為10...18@10-15s。對(duì)于雙凸面諧振器a=5@10-10，對(duì)于平坦諧振器a=100@10-10，a的可實(shí)現(xiàn)的最小值取決于諧振器的形狀常數(shù)a。多面行星的值位于這兩個(gè)值之間。由于設(shè)計(jì)和制造變化的必要妥協(xié)，這些值最多為指定最小值的3倍，如果對(duì)其他參數(shù)有特殊要求，則更高（圖2.54）。
在給定固定諧振器尺寸的情況下不能低于給定產(chǎn)品R1C1的事實(shí)可能導(dǎo)致值C1被非常大的電極增加以便實(shí)現(xiàn)更小的諧振電阻。出于穩(wěn)定性的原因，不鼓勵(lì)這樣做，因?yàn)橛捎谡袷巺^(qū)域的擴(kuò)大，諧振器的邊緣不再處于振蕩?kù)o止?fàn)顟B(tài)，支架將影響厚度-剪切振蕩。此外，C1電路電容的大值對(duì)工作頻率的影響更大。這兩個(gè)因素都是不受歡相反，石英振蕩器電路應(yīng)該設(shè)計(jì)成使得存在足夠的反饋儲(chǔ)備，特別是因?yàn)楸仨毼諟囟确秶鷥?nèi)的諧振電阻的任何波動(dòng)和諧振電阻的負(fù)載依賴(lài)性。由于半導(dǎo)體電路的放大系數(shù)通常受溫度和工作電壓波動(dòng)的影響，因此設(shè)計(jì)沒(méi)有儲(chǔ)備的電路總是會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題，最近大量生產(chǎn)這些器件。
圖2.54.J1用于AT切割石英
振動(dòng)質(zhì)量Q:
限制在足夠大的諧振器直徑和抽空的殼體，因此在理想條件下由于材料的粘性損失。可達(dá)到的最大質(zhì)量取決于頻率，隨著頻率的增加而降低（圖2.55）：
圖2.55.AT剪切石英的振動(dòng)質(zhì)量
因此，在2...5MHz的頻率范圍內(nèi)制造具有特別高的所需振動(dòng)質(zhì)量的時(shí)鐘晶振。另一方面，使用頻率高于200MHz的石英晶體沒(méi)有意義，因?yàn)槎唐诜€(wěn)定性（相位噪聲）由于質(zhì)量下降而呈現(xiàn)出不利的值。在這種情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娮颖额l，您將獲得更好的結(jié)果。
石英晶體和石英晶體振蕩器的設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)，是比較復(fù)雜的，要了解和學(xué)習(xí)的知識(shí)理論和操作非常多，才能制造出一顆完整的晶振，雖然普通的諧振器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但要讓它的穩(wěn)定性和性能發(fā)揮到最好，都要依賴(lài)工程師們慎密的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。
諧振電阻R1：
諧振電阻R1由諧振器的衰減產(chǎn)生。為了確定總衰減，有利的是引入阻尼常數(shù)J1=R1C1。厚度剪切振動(dòng)的衰減主要是由以下原因引起的：材料J“的粘性阻尼，諧振器JN的有限尺寸的阻尼和氣體JG周?chē)?a href="http://m.tuanchewang.com/Shuijing/" target="_blank">水晶振子的阻尼（在真空殼體中省略）和最可忽略的電阻，電極JE。
對(duì)于自然界中發(fā)現(xiàn)的石英（石英晶體），常數(shù)J“取決于材料的內(nèi)部損耗，J”=10@10-15s。對(duì)于目前幾乎專(zhuān)用的合成石英，根據(jù)材料的質(zhì)量等級(jí)，該值為10...18@10-15s。對(duì)于雙凸面諧振器a=5@10-10，對(duì)于平坦諧振器a=100@10-10，a的可實(shí)現(xiàn)的最小值取決于諧振器的形狀常數(shù)a。多面行星的值位于這兩個(gè)值之間。由于設(shè)計(jì)和制造變化的必要妥協(xié)，這些值最多為指定最小值的3倍，如果對(duì)其他參數(shù)有特殊要求，則更高（圖2.54）。
在給定固定諧振器尺寸的情況下不能低于給定產(chǎn)品R1C1的事實(shí)可能導(dǎo)致值C1被非常大的電極增加以便實(shí)現(xiàn)更小的諧振電阻。出于穩(wěn)定性的原因，不鼓勵(lì)這樣做，因?yàn)橛捎谡袷巺^(qū)域的擴(kuò)大，諧振器的邊緣不再處于振蕩?kù)o止?fàn)顟B(tài)，支架將影響厚度-剪切振蕩。此外，C1電路電容的大值對(duì)工作頻率的影響更大。這兩個(gè)因素都是不受歡相反，石英振蕩器電路應(yīng)該設(shè)計(jì)成使得存在足夠的反饋儲(chǔ)備，特別是因?yàn)楸仨毼諟囟确秶鷥?nèi)的諧振電阻的任何波動(dòng)和諧振電阻的負(fù)載依賴(lài)性。由于半導(dǎo)體電路的放大系數(shù)通常受溫度和工作電壓波動(dòng)的影響，因此設(shè)計(jì)沒(méi)有儲(chǔ)備的電路總是會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題，最近大量生產(chǎn)這些器件。
圖2.54.J1用于AT切割石英
振動(dòng)質(zhì)量Q:
限制在足夠大的諧振器直徑和抽空的殼體，因此在理想條件下由于材料的粘性損失。可達(dá)到的最大質(zhì)量取決于頻率，隨著頻率的增加而降低（圖2.55）：
圖2.55.AT剪切石英的振動(dòng)質(zhì)量
因此，在2...5MHz的頻率范圍內(nèi)制造具有特別高的所需振動(dòng)質(zhì)量的時(shí)鐘晶振。另一方面，使用頻率高于200MHz的石英晶體沒(méi)有意義，因?yàn)槎唐诜€(wěn)定性（相位噪聲）由于質(zhì)量下降而呈現(xiàn)出不利的值。在這種情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娮颖额l，您將獲得更好的結(jié)果。
石英晶體和石英晶體振蕩器的設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)，是比較復(fù)雜的，要了解和學(xué)習(xí)的知識(shí)理論和操作非常多，才能制造出一顆完整的晶振，雖然普通的諧振器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但要讓它的穩(wěn)定性和性能發(fā)揮到最好，都要依賴(lài)工程師們慎密的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。
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