本教程重點(diǎn)介紹有關(guān)石英晶體的所有內(nèi)容，石英晶體是電子領(lǐng)域廣泛使用的材料之一。還討論了它的屬性、為什么它在某些設(shè)備上高度適用以及它在某些條件下的行為方式。特別是石英晶體作為振蕩器原材料的應(yīng)用是本文獻(xiàn)的中心內(nèi)容。
    石英晶體是具有壓電特性的機(jī)械諧振器。壓電特性（晶體上的電勢(shì)與機(jī)械變形成正比）允許它們用作電路元件。晶體因其高品質(zhì)因數(shù) (QF)、出色的頻率穩(wěn)定性、嚴(yán)格的容差和相對(duì)較低的成本而被廣泛用作振蕩器中的諧振元件。
    晶體模型的基礎(chǔ)知識(shí)
    石英晶體的電氣模型被建模為與并聯(lián)電容并聯(lián)的串聯(lián) RLC 分支（圖 1）。串聯(lián) RLC 分支（通常稱為運(yùn)動(dòng)臂）對(duì)機(jī)械石英諧振器的壓電耦合進(jìn)行建模。并聯(lián)電容表示由電極金屬化的平行板電容和雜散封裝電容形成的物理電容。

  

    圖 1 所示的模型適用于基本模式操作。類似的模型也適用于晶體諧振器的泛音操作。泛音模型包括與圖 1 所示元件并聯(lián)的附加串聯(lián) RLC 分支。附加泛音 RLC 串聯(lián)分支的諧振頻率接近基本串聯(lián)諧振頻率的奇數(shù)倍。
    負(fù)載電容
    許多晶體振蕩器在晶體和所施加的負(fù)載電容的并聯(lián)諧振點(diǎn)處工作。負(fù)載電容定義為晶體封裝外部、施加在晶體端子之間的有效電容，如圖 2 所示。晶體制造商指定了給定的負(fù)載電容以及工作頻率。

   

    使用與制造商指定的負(fù)載電容不同的負(fù)載電容進(jìn)行操作會(huì)導(dǎo)致相對(duì)于制造商指定的頻率出現(xiàn)振蕩頻率誤差。頻率誤差是由于晶體的電容“牽引”造成的。這可以通過(guò)并聯(lián)組合并聯(lián)和負(fù)載電容來(lái)證明，然后將該總和的并聯(lián)加負(fù)載電容與動(dòng)電容串聯(lián)組合以形成整體有效電容。
    老化
    晶體的串聯(lián)諧振頻率會(huì)隨著時(shí)間的推移而緩慢變化。這就是所謂的老化。一般來(lái)說(shuō)，幾年內(nèi)頻率會(huì)發(fā)生百萬(wàn)分之幾的變化。大部分變化通常發(fā)生在頭一兩年內(nèi)。老化通常歸因于晶體質(zhì)量隨時(shí)間的變化。在較高的溫度和較高的振蕩幅度下，老化速度會(huì)加快。
    雜散模式
    不期望的機(jī)械共振通常存在于基頻附近。這些“雜散模式”可以建模為與所需基頻 RLC 分支并聯(lián)的附加串聯(lián) RLC 分支，其方式與建模泛音操作的方式相同。雜散模式比所需模式具有更大的損耗（振蕩機(jī)會(huì)更少）；它們通常不會(huì)引起晶體振蕩器問題，除非它們的損耗非常低或有源電路受到非常弱的限制。