49S石英晶体谐振器构成及等效电路
石英晶体振荡电路识读
fS
2
1 LC
fP是C0和L、C、R支路组成的并联电路的谐振频率，等于：
f P 1 /( 2
L CC0 ) C C0
由于C<<C0，比较上面 两式，可得：fS≈fP。
石英晶体振荡电路识读
1.1 石英晶体的等效电路和频率特性 2、石英晶体的等效电路和频率特性
从频率特性图可以看出： f < fS时，C0和C的电抗较大，起主 要作用，晶体呈容性； f > fP时，电抗主要决定于C0，晶体 也呈现为容性； fS > f < fP，在这个频率范围内， 晶体呈感性，相当于一个电感。晶 体实际使用时，都将工作于这个区 域。
石英晶体振荡电路识读
1.2 石英晶体正弦波振荡电路
1、结构
典型的石英晶体振荡电路如图所 示，与电容反馈式振荡电路相比 较，只是用石英晶体BZ取代电路 中的电感L。
2、工作原理： 石英晶体振荡电路的工作原理 和电容反馈式振荡电路相同， 3、振荡频率： 即为串联谐振频率fS：
fS
2
1 LC
石英晶体振荡电路识读
石英晶体振荡电路识读
1.1 石英晶体的等效电路和频率特性
2、石英晶体的等效电路和频率特性 石英晶体的等效电路 石英晶体的等效电路如右图1所示。 图中C0为石英晶体不振动时的平板电 容器的电容，一般几个pF到几十pF大 小；电感L等效于机械振动的惯性， 大约几毫亨到几十毫亨；电容C等效 于晶片的弹性，大约0.1～0.01pF；R 为晶片振动时的等效摩檫损耗电阻， 约100Ω。
1.1 石英晶体的等效电路和频率特性
2、石英晶体的等效电路和频率特性 石英晶体的复杂性 石英晶体是绝缘体，因此不通直流电，但可以通过交流电。 将交流电压加到石英晶体两端，一方面，晶片及两面涂银层 构成一只电容，显然会起导电作用，其导电特性和普通电容 器相同；另一方面，石英晶体有压电效应，施加交变电压后， 会引起晶片的振动，这种振动反过来又会产生交变的电场， 这种交变电场又影响晶体的导电，因此石英晶体的导电特性 就变得十分复杂。 为了说明石英晶体的导电特性，通常采用等效电路和频率特 性曲线。
高二物理竞赛课件石英晶体振荡器
Uom
R1 R2
UZ
T1
2R1RW C R2
T2
2R1RW C R2
T
T1
T2
2 R1 RW C R2
uO1
UZ
O
uOUZ
Uom
O
Uom
图 8.5.8
T2
T1
t
t
T
图
2
2
t
解得： T 2RC ln(1 2R1 )
UZ
R2
图 8.5.3
结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电
阻，即可改变振荡周期。
四、占空比可调的矩形波发生电路
使电容的充、放电时间常数不
同且可调，即可使矩形波发生器的
占空比可调。
uC
充电时间 T1
放电时间 T2
O
t 占空比 D
图 8.5.4
T
T
2
2
又一次跳变， uO = + UZ
O
t
图
UZ
三、振荡周期
电容的充放电规律：
uC
R1 R1 R2
UZ
t
uC (t ) uC (0) uC () e uC ()
O t1
t2
t3
t
对于放电，
R1 R1 R2
UZ
uC
(0)
R1
R1 R2
UZ
uO
UZ
T
T
uC () UZ RC
O
并联谐振频率
图
电抗频率特性
X 感 性
fp 2
1 L CC 0
fs
1 C C0
C C0
O
fs fp
f
模拟电子技术基础 4.4 石英晶体振荡器PPT课件
L1C1回路电抗曲线
对七次及以上泛音，电路虽也构成电容三点式，但L1C1回路的等效电容太大，不能满足振幅起振条件，也不能产生振荡。二、 串联ຫໍສະໝຸດ 晶体振荡器串联型晶体振荡器
交流通路
为了减小L、C1、C2回路对频率稳定性的影响，应将该回路调谐在晶体的串联谐振频率上。
石英晶体基频越高，晶片越薄，加工难并易碎，故要求频率高时使用泛音频率。多用三次和五次的。
奇次
利用泛音晶体时，要注意抑制低次谐波分量。
4.4.2 晶体振荡器
并联型晶体振荡器
串联型晶体振荡器
fs < f < fp，晶体呈感性。晶体作为高Q电感元件与其它元件并联构成振动所需的并联谐振回路。
总结
作业
P157 4.12 c d
晶体产生电场
压电效应
交变电压
机械振动
交变电流
当交变电压频率 = 固有频率时，共振，振幅最大，产生的交变电流最大。类似串联谐振。
压电谐振
2. 石英谐振器的基本特性与等效电路
机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高
2. 石英谐振器的基本特性与等效电路
C0是晶片的静态电容，相当于平板电容，即由晶片作介质，镀银电极和支架引线作极板构成。几～十几pF
Lq、Cq、rq为晶片振动时的等效动态电感、电容和摩擦损耗。 Lq很大，几十～几百mH；Cq很小，百分之几pF； rq 为几～几百欧。
石英谐振器Q值很高，而且其性能很稳定，因此有很高的回路标准性。
2. 石英谐振器的基本特性与等效电路
串联谐振频率
并联谐振频率
通常
所以
石英谐振器只在 之间的很窄频率范围内呈感性，且感抗曲线很陡，故当工作于该区域时，具有很强的稳频作用。一般不用电容区。
HC-49S-SMD 12M规格书
5-5
可焊性
端子部分浸入助焊剂5秒，然后浸入+2605℃焊锡槽中，持续时间30.5秒。
浸渍部分3/4以上有焊锡附着。75%
6.耐侯性能
项目
试验条件
试后要求
6-1
高温放置
在温度为+ 852℃的条件下放置96±4小时,取出后在常温下恢复1小时后,进行测量。
符合表1及4-4要求。
6-2
低温放置
在温度为-402℃的条件下放置96±4小时,取出后在常温下恢复1小时后,进行测量。
符合表1及4-4要求。
6-3
耐湿性
在温度为+602℃,湿度为90 ~ 95%的恒温恒湿箱中保持96±4小时,取出后在常温下恢复1小时后,进行测量。
符合表1及4-4要求。
6-4
盐雾试验
1．温度±35℃±2℃
2．时间Length of Test:48小时（HRS）
3．氯化钠NACL1%-5%
表面无痕迹
6-5
热冲击
在温度为-30℃的恒温槽中保持30分钟后,2 ~ 3分钟内放入+85℃恒温槽中保持30分钟,5次循环后取出在常温下恢复1小时后,进行测量。
符合表1及4-4要求。
项目
试验后变化量
振荡频率
≤30PPM
(相对于初始值)
图1.外形尺寸图
1.预热条件为+140 ~ +160℃,时间约为60 ~ 120秒。升温到+150℃的时间将大于30秒。
2.加热条件:温度大于200℃,时间20秒以内,最高温度低于260℃。
符合表1及4-4条要求。
⑵烙铁焊
将+2705℃的电烙铁放在离谐振器电极0.5mm的地方,电烙铁熔化的焊锡作用到电极上31秒,然后在自然条件下放置24小时后进行测量。
石英晶体谐振器介绍
25
石英晶体谐振器的重要参数
•了解影响DLD的因素 1. 晶片本身设计(包裹体、边比等； 2. 制造加工过程中造成： 在造成DLD不良中，占最大比例的是 污染 “污染”：并不是说只有灰尘、油污等才是污染；银屑、 溅到晶片上的导电胶等等都是污染。 污染物会造成晶体的电阻（阻抗加大了）增加并且不稳定。 相应的，在测试时不同激励功率状态下的频率和电阻值就会 变化较大。
5
石英晶体谐振器的主要成分
产品名称 产品重量 (g) 含有部件名称 外壳 主要材质 铜、镍合金 部件使用用途 封装 材料供应商 铜陵晶赛
基座
HC-49S 石英晶体 谐振器 0.511g/个 晶片
铜合金
二氧化硅
承载晶片
谐振主体
上海晶丰申
铜陵三科
导电胶
银丝 上盖 基座 SMD 石英晶体 谐振器 0.07g/个 晶片 导电胶 银丝
19
石英晶体谐振器的常规参数
• 老化率：晶体谐振频率和谐振电阻都随时间的延续而变化，这就是所 说的老化，人们最关注的是谐振频率随时间的变化。 一般来说，老化后产品的频率都是降低的，随时间增加变化量逐渐降 低。有时在晶体使用初期，老化主要受元件内部应力释放影响，频率 向升高方向变化
20
石英晶体谐振器的重要参数
银粉树脂
银 镍 、铜 陶瓷、碳钢镍合金 二氧化硅 银胶树脂 银
连接晶片与基座并导电
晶片表面形成电极 封装 承载晶片 谐振主体 连接晶片与基座并导电 晶片表面形成电极
三键化工
光洋 南平三金 潮州三环 铜陵三科 三键化工 光洋 6
石英晶体谐振器的作用
• 压电效应； • 作用是提供稳定的时钟信号； • 通常，智能化越高的设备中，使用晶振的 数量越多； • 目前，本公司晶振主要应用范围为：手机、 蓝牙 、MP3 、 摄像头、高频头、数字水 （电）表、电脑及相关配件等等。。
ZKJ晶振49S 4.000M工业级规格书
C1
C0
L1
符号 R1
图一：石英晶体元件等效电路 + 频率(f)
电抗(Ω)
(a) 0
fL
深圳市中科晶电子有限公司
fr
β
β
-
+
频率(f)
电抗(Ω)
CL
(b) 0
fL
fr
+
电抗(Ω)
(c) 0
CL
-
fr fL
频率(f) (a)
图二： 石英晶体元件的谐振频率、反谐振频率和负载谐振频率
β
5．10、寄生响应 Unwanred response 晶体元件的一种与要求的工作频率不同的谐振状态。
H
4.88±0.2
Dimensions
φ0.43±0.03
H 2.0 2.5
3.8
4.0
√
Unit:mmns
图三：
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6．NOTICE （注意）
6．1 Do not use this product with bend. The component may be damaged if excess mechanical stress is applied to it mounted on the printed circuit board. （部件不能折弯使用，在线路板安装时使用过大的力，部件可能损坏）
5．11、老化（长期参数变化）ageing（long-term parameter vnriating） 石英晶振元件谐振频率和谐振电阻随时间变化的关系。 注：为些参数变化是长时间的，通常用某一段时间间隔相对变化来表示
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11.35max 10.5max
石英晶体振荡电路.pptx
+VOH
vI
VT-
O VT+
-VOL
第15页/共32页
通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：
（1）用于电压比较器的运放，通常工作在开环或正反馈状态和非线性区，其输出电 压只有高电平VOH和低电VOL两种情况。
（2）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。
（3）电压传输特性的关键要素 输出电压的高电平VOH和低电平VOL 门限电压 输出电压的跳变方向
振荡周期
O
T4R4CU om4R1R4C
t
UZ
R2
Vom
第26页/共32页
9.8.3 锯齿波产生电路
第27页/共32页
一、电路组成
充放电时间常数 不同
第28页/共32页
二、工作原理
vO1
VZ
T2
T1
O t
VZ vO
Vom
O t
Vom
T
第29页/共32页
三、输出幅度和振荡周期
Uom
R1 R2
voVZvo 3 vo0时vo3V Z 29V vo0时vo3V Z 29V VT 9V33V VT -9V33V
第17页/共32页
• 集成电压比较器
• 集成电压比较器比集成运算放大器的开环增益低、 失调电压大、共模抑制比小，因而它的灵敏度往往 不如用集成运算放大器构成的比较器高，但由于集 成电压比较器通常工作在两种状态之一，因此不需 要频率补偿电容，也就不存在像集成运算放大器那 样因加入补偿电容引起转换速率受限。
UZ
uO1
UZ
T2
T1
T1
2R1RW C R2
O
UZ
晶体谐振器HC-49S
JFVNY®
电话: 86-10-62579008/09 传真: 86-10-62576867 网址:
2
● ● ●
◎
◎
HC-49S
HC-49SA
HC-49SB
10.5Max.
3.8Max.
10.5Max.
3.8Max.
10.5Max.
3.8Max.
2.5
3.5
3.5
H
H
H
4.88
0.45
4.88±0.2
H1=12.7mm
4.65
11.05Max.
H H2=17mm H3=20mm
4.88
0.45
4.88±0.2 11.05Max.
●
●
C:-20°C~+70°C △G:-40°C~+85°C ▽Q:-40°C~+125°C
●
●
○
●
●
●
☆J:-55°C~+125°C
● ○ : 可选产品 : 常规产品 ◎: 定制产品 △: 工业级产品 ▽: 汽车级产品 ☆: 军品级产品
外形尺寸 (mm)
T:±50×10-6
● ● ●
◎
◎
U:±100×10-6
工作温度范围
A=0°C~+50°C B=-10°C~+60°C C=-20°C~+70°C G=-40°C~+85°C Q=-40°C~+125°C J=-55°C~+125°C
负载电容
00=串联 06=6.0pF 08=8.0pF 10=10pF 12=12pF 16=16pF 20=20pF 30=30pF 50=50pF 请直接写出 负载电容的 值
石英晶体振荡电路
石英晶体振荡电路石英晶体谐振器, 简称石英晶体, 具有非常稳定的固有频率。
对于振荡频率的稳定性要求高的电路, 应选用石英晶体作选频网络。
一、石英晶体的特点将二氧化硅（SiO2）结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片, 再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层, 并作为两个极引出管脚, 加以封装, 就构成石英晶体谐振器。
其结构示意图和符号如右图所示。
1.压电效应和压电振荡在石英晶体两个管脚加交变电场时, 它将会产有利于一定频率的机械变形, 而这种机械振动又会产生交变电场, 上述物理现象称为压电效应。
一般情况下, 无论是机械振动的振幅, 还是交变电场的振幅都非常小。
但是, 当交变电场的频率为某一特定值时, 振幅骤然增大, 产生共振, 称之为压电振荡。
这一特定频率就是石英晶体的固有频率, 也称谐振频率。
2.石英晶体的等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路如下图（a）所示。
当石英晶体不振动时, 可等效为一个平板电容C0, 称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积, 一般约为几到几十皮法。
当晶片产生振动时, 机械振动的惯性等效为电感L, 其值为几毫亨。
晶片的弹性等效为电容C, 其值仅为0.01到0.1pF, 因此, C<<C0。
晶片的磨擦损耗等效为电阻R, 其值约为100Ω, 理想情况下R=0。
当等效电路中的L、C、R支路产生串联谐振时, 该支路呈纯阻性, 等效电阻为R, 谐振频率谐振频率下整个网络的电抗等于R并联C0的容抗, 因R<<ω0C0, 故可近似认为石英晶体也呈纯阻性, 等效电阻为R。
当f<fs时, C0和C电抗较大, 起主导作用, 石英晶体呈容性。
当f>fs 时, L、C、R支路呈感性, 将与C0产生并联谐振, 石英晶体又呈纯阻性, 谐振频率石英晶体基础知识1、石英晶体的应用：a、石英钟 b、温度计 c、压力指示器（频率与应力）d、加速度计2、晶体的自然面及解理面平行于原子面3、石英的机械、电气、化学和温度等综合性能，都满足需要电气通讯领域。
石英晶体振谐器的等效电路和符号
石英晶体振谐器的等效电路和符号
石英晶体振谐器的等效电路和符号
石英片相当一个串联谐振电路，可用集中参数Lq、Cq、rq来模拟，Lq为晶体的质量（惯性），Cq 为等效弹性模数，rg 为机械振动中的摩擦损耗。
右图表示石英谐振器的基频等效电路。
电容C0称为石英谐振器的静电容。
其容量主要决定于石英片尺寸和电极面积。
一般C0在几PF ～几十PF。
式中? —石英介电常数，s —极板面积，d —石英片厚度
石英晶体的特点是：
①等效电感Lq特别大、等效电容Cq特别小，因此，石英晶
体的Q值很大，一般为几万到几百万。
这是
普通LC电路无法比拟的。
②由于C0>Cq ，这意味着等效电路中的接入系数很小,
因此外电路影响很小。
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49S石英晶体谐振器构成及等效电路
撰文：张严顺
49S石英晶体谐振器属无源晶体，需匹配外围电路才能正常工作，用途越来越广泛，为了使用者更多的了解这种产品，下面对其构成和等效电路做简单介绍。
一、构成
石英晶体谐振器主要是由频率片、电极、基座和外壳组成。
频率片镀银电极后频率片外壳
基座振子成品
1、频率片
频率片是石英晶体谐振器的核心，其质量直接决定成品的性能，成分是SiO2，也叫石英，比重是2.65g/cm3，莫氏硬度是7，熔点是1750℃。
石英分天然和人造两种。
现在市场上用的多是人造石英，石英也叫水晶，是无色透明的晶体，其特性是：化学性能稳定，不被酸碱所腐蚀，但氢氟酸除外，也就是说石英仅溶于氢氟酸中。
频率片是把人造石英利用切割的方法切成一定切型、一定形状、一定尺寸的晶片。
49S频率片采用的是矩形片，目前用的外形尺寸有8*2和6.5*2规格的。
2、电极
不同频率点采用的电极尺寸不同。
电极材料一般利用纯度99.99%以上的银，当然为了提高电极的附着强度，在镀银之前先镀少量的铬（Cr）或镍(Ni)效果会更好。
镀银是在高真空度下进行的，真空度至少达到5*10-5乇以上。
电极面积直接与静态电容、动态电感、动态电容等参数有关，电极面积大时，C0较大，晶体易起振，但易激励寄生振动，产生跳频；电极面积小时，C0较小，有利于抑制寄生，而不利于起振。
电极膜厚度若太薄，导电性差，表面电阻大，谐振电阻大，且容易造成电极不牢；若厚度太厚将增加振动负载，电阻增加，故要保持电极负载的对称性及均匀性。
镀膜返回频率一般控制在0.6～1.4f2范围内，只有当返回频率达到最佳时电阻才最小。
银（Ag)的熔点温度961℃，蒸发温度1047 ℃。
银蒸发速度太快时，金属膜容易出现金属颗粒，影响电阻；太慢时，金属膜结构松懈，降低了膜与石英晶片的结合力，容易出现电极不牢现象。
镀后的金属膜结构比较松懈、多孔，且内力大，为了使膜致密，提高与石英晶片的结合力及消除内应力，可镀后烘烤进行预老化。
3、基座
基座由弹簧片、底板、玻璃珠和引线构成。
按弹簧片分：B型和C型，中高频用B型，低频采用C型，区别是两簧片之间的间距不同，因为低频晶片曲磨量较大，中间厚，采用C型
可避免电极触簧片导致导通而不能起振。
按底板分：不同高度的产品，底板厚度尺寸不一样。
按玻璃珠分：有绿色和棕色。
按引线分：引线表面镀层锡分为有铅，无铅及锡银铜无铅等，不同镀层焊接温度不同；引线长度标准长13.2mm，最近也有推广7mm的，也可
根据客户需要确定引线长度。
按形状分有圆的用于49S，有扁的
用于49S/SMD产品。
4、外壳
不同高度产品使用的外壳高度不同，高度有1.7mm，1.8mm，2.0mm，2.2mm，2.86mm等，对应的产品高度为2.0～3.5mm。
材质也有所不同，有铁壳和铜壳，不同要求的产品可能选择不同。
二、等效电路
在线路图上一般以这个符号表示：
等效电路如下图：
L 1--动态电感 C 1--动态电容 R 1--动态电阻 C 0--静态电容
1、动态电感L 1
是石英晶体质量的度量。
L 1=K L *t 3
/A 单位：mH （毫亨）
K L ：电感系数 A ：电极面积 t ：晶片厚度
在实际情况中，电感系数与晶片的外形尺寸有关，动态电感与泛音次数有关，实验得出，当频率较低时动态电感随泛音次数升高而下降，频率较高时则随泛音次数的升高而上升。
2、动态电容C 1
与石英晶体的稳定性有关；
C 1＝Kc*(A/t)*(1/n 2) 单位：fF
Kc ：电容系数 A ：电极面积 t ：晶片厚度 n ：泛音次数 在实际情况中，Kc 也与晶片外形尺寸有关。
动态电容还可通过谐振频率f 和动态电感的关系直接计算即：C 1=1/(4∏2f 2L 1)
3、动态电阻R 1
单位用Ω表示。
其值的大小与石英晶片本身内在质量、切型、切角、振动模式和几何尺寸有关，受加工条件影响较大，尤其是低频石英谐振器，这些影响包括安装损耗、表面损耗、辐射损耗以及耦合振荡、内磨擦等造成的损耗，其值很难计算，一般都是用测量的方法得到。
L 1 C 1 R 1 C
4、静态电容C0
C0＝ε22′*A/t 单位：PF
ε22′：介电常数A：电极面积t ：晶片厚度
从上式看出，电极面积大时，C0较大，晶片易起振，但易激励寄生振动，产生跳频；电极面积小时，C0较小，有利于抑制寄生，而不利于起振。
当然这里还涉及到支架产生的电容，必要时必须考虑。
上述的参数可用传输法、阻抗计法等测量和计算出来。
动态参数会随频率的变化而变化。
更多的参数可搜寻相关网站进行查看，在实际运用过程中，根据不同的使用要求，可进行针对性地设计。