石英諧振器是一個計算工作頻率的元器件,因此自身頻率的穩(wěn)定性就非常重要了,如果頻率不穩(wěn)定,那提供的信號就是錯誤的,將影響元器件發(fā)揮正確的功效,運轉(zhuǎn)失常。那么,如何提高石英諧振器的頻率穩(wěn)定性呢?
首先影響石英晶體諧振器頻率穩(wěn)定的主要因素有哪些:
1、溫度
石英諧振器的環(huán)境溫度是影響其頻率變化的主要因素,諧振頻率會隨著溫度的變化而變化,這種特性稱之為頻率溫度特性。石英諧振器的這個特性除了與其本身的物理特性有關(guān)外,還與其切割角度和加工流程有一定關(guān)系。恒溫和溫度補償振蕩器正是基于頻率溫度特性研制而成的。
2、老化
老化,是影響很多種元器件正常工作的物理性原因,石英諧振器會隨著時間的變化而逐漸變小或增加。具體來說,石英諧振的老化可以從以下方面來解釋。
(1)諧振器內(nèi)部石英晶格的不完善導(dǎo)致晶體在工作時其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,此是長期效應(yīng):另氣體的分解和吸收導(dǎo)致極板質(zhì)量的改變或遷移,影響會持續(xù)數(shù)周或數(shù)年;
(2)由于溫度梯度效應(yīng)而產(chǎn)生的老化;
(3)因壓力釋放效應(yīng)而產(chǎn)生老化,此為溫度梯度效應(yīng)過程的函數(shù),一般持續(xù)數(shù)月。
(4)激勵電平的變化。研究表明,激勵電平對晶體振蕩器諧振頻率有明顯的影響;激勵電流的過大或者過小,都將影響石英晶體的老化性能和諧振頻率的長期或者短期穩(wěn)定度,從而激勵電平的是否穩(wěn)定直接影響到石英晶體諧振器的頻率穩(wěn)定度。
除此以外,負載的變化、電源電壓的波動以及核輻射等也都會導(dǎo)致石英晶體諧振器的諧振頻率發(fā)生變動。當石英晶體諧振器用于某些精度要求特別高的場合時,這些因素給諧振器諧振頻率造成的影響也是不可忽視的。
石英諧振器頻率穩(wěn)定性改善方法:
1、石英晶體振蕩器,除有良好的振蕩電路外,還要采取措施,減小外界溫度對振蕩頻率的影響。在溫度補償石英振蕩器的電路中,將變?nèi)荻O管與石英晶體串聯(lián),外界溫度改變時,變?nèi)荻O管的電容變化,使石英晶體隨溫度變化的諧振頻率,向相反方向變化,以減小溫度對振蕩頻率的影響。
2、石英晶體的老化效應(yīng),是它的諧振頻率隨時間作緩慢變化的現(xiàn)象。石英晶體雖經(jīng)過廠家老化處理,但還須在使用數(shù)十天后,或調(diào)整頻率補償電容,使振蕩器工作在指定頻率上。
3、石英晶體工作時,兩端加有激勵電壓,要消耗一定功率。激勵電壓過高,損耗產(chǎn)生的熱效應(yīng)過大,而使諧振頻率變化,產(chǎn)生不可逆的老化漂移,或使晶片振動振幅過大,甚至可造成晶片振裂損壞,過小的激勵電壓,將使振蕩器 輸出減小,甚至不能維持振蕩。為使石英諧振器頻率穩(wěn)定,激勵電平要合適且穩(wěn)定。
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