石英晶體特性

石英是一種壓電材料，被發(fā)覺(jué)是自然界所產(chǎn)生的透明結晶物 ，它所展現的是非常穩 定的壓電效應，從化學(xué)與機械上的特性在早期的電子實(shí)驗引起了極大的關(guān)注。

石英的主要成份為二氧化硅，雖然地殼表面有14%是由Sio2二氧化硅所組成的，但相對可使用部份是較稀少的，是因為需要的純度不足以及其缺陷與瑕疵。

晶體元件具備著(zhù)組成一極高穩定性頻率產(chǎn)生電路的能力。其振蕩模式及角度方位如表1，它支配著(zhù)晶體的特性，如等效電路參數、頻率、溫度特性、負載電容特性及頻率老化等。從使用的觀(guān)點(diǎn)而言，這些特性是極重要的，將敘述如下。

·振蕩模式

厚度切變振蕩模式已廣泛的被使用，其諧振頻率是由晶片厚度決定，像AT，BT切角；調諧音叉振蕩模式則由晶片長(cháng)度來(lái)決定頻率之高低。表1所示不同的振蕩模式?jīng)Q定于切割角度、頻率范圍、厚度或長(cháng)度及頻率與曲率常數之間的關(guān)系。

·等效電路

石英晶體的諧振頻率通常是由組合振蕩模式之振動(dòng)片尺寸來(lái)決定的。振蕩晶體的等效電路有益于說(shuō)明支配晶體性能的基本概念。

如下所示，晶體等效電路所表示的如下：

L1： 動(dòng)態(tài)電感（機械振蕩）

C1：動(dòng)態(tài)電容（機械彈力）

R1：串聯(lián)電阻（能量損耗）

Co：(靜電容) Co=Ct-CL（靜電容為平行于電極之間再加上兩引線(xiàn)間之雜散電容）

·負載電容特性

負載電容CL是跨接在振蕩電路上集晶體座與分布電容之總合,這是決定晶體在振蕩電路上的條件因素,在晶體使用范圍其功能被視為感抗,也就是說(shuō)振蕩電路所呈現的是一個(gè)負電阻-R及一個(gè)電容CL串接在電路上,這電容稱(chēng)為“負載電容”。負載電容與頻率的關(guān)系是非線(xiàn)性的。當電容量小時(shí)頻率變化量大，但當電容量加大時(shí)，其頻率變化量就變小。在電路上，若負載電容量減小而使振蕩頻率有很大的寬限，這時(shí)頻率穩定性將受到極大的影響，即便是微量的改變。

·振蕩電路之等效回路

晶體在振蕩電路上被視為一感抗：為要改善振蕩電路的起振條件，最佳方法就是增加振蕩電路的負電阻值-R，如果振蕩電路的負電阻值不足，那將會(huì )使晶體諧振電阻過(guò)大，導致晶體起振條件差，因此振蕩電路在設計時(shí)需要使負電阻值大于諧振電阻的5到10倍。

·AT切頻率溫度特性

溫度系數是晶體諧振頻率在溫度變化時(shí)的穩定性或偏差量。振蕩模式、軸向與晶棒平面的關(guān)系、晶片的尺寸及諧波都是決定溫度系數的因素。

 AT切割所表現三次方程式的頻率對溫度特性曲線(xiàn)，是目前最通用的，它顯示最優(yōu)質(zhì)之寬溫范圍下的頻率穩定性。晶片的切割角度是在正常的工作溫度范圍內被要求頻率的容許誤差。事實(shí)上，晶片在切割、拋光的連續加工過(guò)程中，都會(huì )因加工的精度導致切割的散亂。