石英晶体谐振器,又称石英晶体、晶振,是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件,以下从其涉及的基础效应、工作模式、等效电路等方面介绍工作原理:
压电效应与逆压电效应
压电效应:石英晶体是一种各向异性的结晶体,当在晶片的两个极板间施加机械压力时,会在相应的方向上产生电场,即在极板上产生电荷,这种机械能转化为电能的现象称为“正压电效应”。
逆压电效应:当在石英晶体极板间加上交变电压时,晶片会产生机械振动,这种电能转化为机械能的现象称为“逆压电效应” 。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率相等时,会产生共振,此时机械振动的幅度大,电路中的电流也大,产生谐振现象。
等效电路
静态部分:石英晶体谐振器可以等效为一个电路模型。其中,晶片的质量和弹性分别用电感和电容来模拟,晶片振动时的摩擦损耗则用电阻表示,这些参数构成了等效电路的动态部分。而晶体支架电容和电极电容等则用一个静态电容来表示,它是等效电路的静态部分。
动态部分:动态电感很大,通常在毫亨量级;动态电容很小,一般在皮法量级;动态电阻也较小。这种特殊的等效电路结构使得石英晶体谐振器具有品质因数,能够产生振荡频率。
石英晶体谐振器正是基于上述压电效应、特定工作模式以及等效电路特性,为电子设备提供时钟信号或参考频率源。