石英晶振的特性及模型
石英晶體是一種可將電能和機械能相互轉化的壓電器件,能量轉變發生在共振頻率點上。它可用如下模型表示:

C0:等效電路中與串聯臂并接的電容(譯注:也叫并電容,靜電電容,其值一般僅與晶振的尺寸有關)。
Lm:(動態等效電感)代表晶振機械振動的慣性。
Cm:(動態等效電容)代表晶振的彈性。
Rm:(動態等效電阻)代表電路的損耗。晶振的阻抗可表示為以下方程(假設Rm可以忽略不計):

石英晶振的頻域電抗特性:

其中Fs的是當電抗Z=0時的串聯諧頻率(譯注:它是Lm、Cm和Rm支路的諧振頻率),其表達式如下:

Fa是當電抗Z趨于無窮大時的并聯諧振頻率(譯注:它是整個等效電路的諧振頻率),使用等式
(1),其表達式如下:

在Fs到Fa的區域即通常所謂的:“并聯諧振區”(圖2中的陰影部分),在這一區域晶振工作在并聯諧振狀態(譯注:該區域就是晶振的正常工作區域,Fa-Fs就是晶振的帶寬。帶寬越窄,晶振品質因素越高,振蕩頻率越穩定)。在此區域晶振呈電感特性,從而帶來了相當于180 °的相移。
其頻率FP(或者叫FL:負載頻率)表達式如下:

從表達式(4),我們知道可以通過調節負載電容CL來微調振蕩器的頻率,這就是為什么晶振制造商在其產品說明書中會指定外部負載電容CL值的原因。通過指定外部負載電容CL值,可以使晶振晶體振蕩時達到其標稱頻率。下表給出了一個例子來說明如何調整外部參數來達到晶振電路的8MHz標稱頻率:
等效電路參數實例

使用表達式(2)、(3)和(4),我們可以計算出該晶振的Fs、Fa 及FP:Fs = 7988768Hz,Fa = 8008102Hz
如果該晶振的CL為10pF,則其振蕩頻率為:FP = 7995695Hz。要使其達到準確的標稱振蕩頻率8MHz,CL應該為4.02pF。
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