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晶振的頻率與多種因素有關(guān),主要包括以下幾個(gè)方面:
晶體的幾何尺寸:晶體的厚度、長(zhǎng)度和寬度等幾何尺寸直接影響晶振的振蕩頻率。一般來(lái)說(shuō),晶體尺寸越小,振蕩頻率越高。例如,40MHz的石英晶體所需的晶片厚度是41.75微米,而100MHz的石英晶體,所需的晶片厚度則是16.7微米。但需要注意的是,由于工藝的限制和晶片破裂的風(fēng)險(xiǎn),晶片不能無(wú)限制地做薄。
晶體的材料:晶體的材料對(duì)晶振的頻率也有直接影響。不同材料的晶格結(jié)構(gòu)不同,因此其頻率特性也不同。石英晶體是常用的晶振材料,具有優(yōu)良的頻率穩(wěn)定性和溫度特性。
晶體的切割工藝和切型也會(huì)影響晶振的頻率。石英是各向異性的,所以不同的切型其物理性質(zhì)不同,切面的方向與主軸的夾角對(duì)其性能有非常重要的影響,包括頻率穩(wěn)定性、Q值、溫度性能等。常見的切割類型有AT切和BT切等。同種頻率的晶振,AT切比BT切的溫度系數(shù)要小,切片厚度要薄,但Q值比BT切要低。
晶體的品質(zhì)取決于晶體的晶格完整性和晶體內(nèi)部雜質(zhì)的含量。當(dāng)雜質(zhì)含量較高時(shí),晶體容易產(chǎn)生能級(jí)躍遷,從而對(duì)振蕩頻率造成干擾。此外,晶體的制備工藝也會(huì)影響晶體的品質(zhì)和振蕩頻率。
晶振的頻率隨溫度變化而變化,這是因?yàn)榫w的熱膨脹系數(shù)不為零。隨著溫度的升高,晶體的尺寸會(huì)發(fā)生變化,從而影響晶振的頻率。一般來(lái)說(shuō),晶振的頻率隨溫度升高而增加,具體的變化規(guī)律可由晶體的溫度系數(shù)來(lái)描述。
晶振容易受到外界環(huán)境的噪聲干擾,例如電磁噪聲和機(jī)械振動(dòng)等。這些噪聲會(huì)引起晶體的能級(jí)躍遷,從而導(dǎo)致晶振頻率的變化。為了減小環(huán)境噪聲對(duì)晶體的影響,需要采取合適的屏蔽和隔離措施來(lái)保證晶振的穩(wěn)定性。
驅(qū)動(dòng)電路:驅(qū)動(dòng)電路包括晶體的激勵(lì)源和放大器等部分。激勵(lì)源的頻率穩(wěn)定性和精度直接影響晶振的頻率穩(wěn)定性。放大器的非線性特性也會(huì)引入額外的頻率變化。為了保持晶振的振蕩頻率穩(wěn)定,需要設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)電路。
工作電壓:晶體在不同的電壓下會(huì)表現(xiàn)出不同的電學(xué)特性,這也會(huì)引起晶振頻率的變化。因此,需要根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的工作電壓范圍以保證晶振的穩(wěn)定性。
綜上所述,晶振的頻率與晶體的尺寸和材料、切割工藝和切型、品質(zhì)、溫度變化、環(huán)境噪聲以及驅(qū)動(dòng)電路和工作電壓等多種因素有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中,需要根據(jù)具體需求和條件來(lái)選擇合適的晶振以確保其穩(wěn)定性和可靠性。
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