整理石英晶体振荡器.docx

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整理石英晶体振荡器

表一：

项目基本情况；石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

一、石英晶体振荡器的基本原理

1、石英晶体振荡器的结构

石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：

从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。

其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。

2、压电效应

若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。

反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。

如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。

在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。

它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。

3、符号和等效电路

石英晶体谐振器的符号和等效电路如图2所示。

当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。

当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。

一般L的值为几十mH到几百mH。

晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。

晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。

由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。

加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。

4、谐振频率

从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即

（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。

串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，

（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。

发生并联谐振，其并联频率用fd表示。

根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线如图2e所示。

可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。

仅在fs＜f＜fd极窄的范围内，石英晶体呈感性。

二、石英晶体振荡器类型特点

石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子（即谐振器和振荡电路组成。

晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能。

国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：

普通晶体振荡（TCXO），电压控制式晶体振荡器（VCXO），温度补偿式晶体振荡（TCXO），恒温控制式晶体振荡（OCXO）。

目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡（DCXO）等。

普通晶体振荡器（SPXO）可产生10^（-5）～10^（-4）量级的频率精度，标准频率1—100MHZ，频率稳定度是±100ppm。

SPXO没有采用任何温度频率补偿措施，价格低廉，通常用作微处理器的时钟器件。

封装尺寸范围从21×14×6mm及5×3.2×1.5mm。

电压控制式晶体振荡器（VCXO）的精度是10^（-6）～10^（-5）量级，频率范围1~30MHz。

低容差振荡器的频率稳定度是±50ppm。

通常用于锁相环路。

封装尺寸14×10×3mm。

温度补偿式晶体振荡器（TCXO）采用温度敏感器件进行温度频率补偿，频率精度达到10^（-7）～10^（-6）量级，频率范围1—60MHz，频率稳定度为±1～±2.5ppm，封装尺寸从30×30×15mm至11.4×9.6×3.9mm。

通常用于手持电话、蜂窝电话、双向无线通信设备等。

恒温控制式晶体振荡器（OCXO）将晶体和振荡电路置于恒温箱中，以消除环境温度变化对频率的影响。

OCXO频率精度是10^（-10）至10^（-8）量级，对某些特殊应用甚至达到更高。

频率稳定度在四种类型振荡器中最高。

三、石英晶体振荡器的主要参数

晶振的主要参数有标称频率，负载电容、频率精度、频率稳定度等。

不同的晶振标称频率不同，标称频率大都标明在晶振外壳上。

如常用普通晶振标称频率有：

48kHz、500kHz、503.5kHz、1MHz～40.50MHz等，对于特殊要求的晶振频率可达到1000MHz以上，也有的没有标称频率，如CRB、ZTB、Ja等系列。

负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。

负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。

标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。

因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：

另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。

所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。

频率精度和频率稳定度：

由于普通晶振的性能基本都能达到一般电器的要求，对于高档设备还需要有一定的频率精度和频率稳定度。

频率精度从10^（-4）量级到10^（-10）量级不等。

稳定度从±1到±100ppm不等。

这要根据具体的设备需要而选择合适的晶振，如通信网络，无线数据传输等系统就需要更高要求的石英晶体振荡器。

因此，晶振的参数决定了晶振的品质和性能。

在实际应用中要根据具体要求选择适当的晶振，因不同性能的晶振其价格不同，要求越高价格也越贵，一般选择只要满足要求即可。

电感知识

[例题-2005年真题]《中华人民共和国环境影响评价法》规定，建设项目可能造成轻度环境影响的，应当编制（　）。

关键字：

电感知识、贴片电感、电感器、电感线圈、电感的作用、功率电感、色环电感、电感单位、色码电感、电感镇流器

一、电感器的定义。

1.1电感的定义：

  电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。

  当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化；可是当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。

根据法拉弟电磁感应定律－－－磁生电来分析，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势，此感应电势相当于一个“新电源”。

当形成闭合回路时，此感应电势就要产生感应电流。

由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止原来磁力线的变化的。

由于原来磁力线变化来源于外加交变电源的变化，故从客观效果看，电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。

电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性，在电学上取名为“自感应”，通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间，会发生火花，这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。

  总之，当电感线圈接到交流电源上时，线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻在变化着，致使线圈不断产生电磁感应。

这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势　，称为“自感电动势”。

由此可见，电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量，它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。

  1.2电感线圈与变压器

  电感线圈：

导线中有电流时，其周围即建立磁场。

通常我们把导线绕成线圈，以增强线圈内部的磁场。

电感线圈就是据此把导线（漆包线、纱包或裸导线）一圈靠一圈（导线间彼此互相绝缘）地绕在绝缘管（绝缘体、铁芯或磁芯）上制成的。

一般情况，电感线圈只有一个绕组。

变压器：

电感线圈中流过变化的电流时，不但在自身两端产生感应电压，而且能使附近的线圈中产生感应电压，这一现象叫互感。

两个彼此不连接但又靠近，相互间存在电磁感应的线圈一般叫变压器。

  1.3电感的符号与单位

  电感符号：

L

  电感单位：

亨（H）、毫亨（mH）、微亨（uH），1H=103mH=106uH。

  1.4电感的分类：

  按电感形式分类：

固定电感、可变电感。

  按导磁体性质分类：

空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。

  按工作性质分类：

天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。

  按绕线结构分类：

单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。

  按工作频率分类：

高频线圈、低频线圈。

  按结构特点分类：

磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。

二、电感的主要特性参数

  2.1电感量L

  电感量L表示线圈本身固有特性，与电流大小无关。

除专门的电感线圈（色码电感）外，电感量一般不专门标注在线圈上，而以特定的名称标注。

  2.2感抗XL

  电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆。

它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL

  2.3品质因素Q

  品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即：

Q=XL/R。

线圈的Q值愈高，回路的损耗愈小。

线圈的Q值与导线的直流电阻，骨架的介质损耗，屏蔽罩或铁芯引起的损耗，高频趋肤效应的影响等因素有关。

线圈的Q值通常为几十到几百。

采用磁芯线圈，多股粗线圈均可提高线圈的Q值。

  2.4分布电容

  线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。

分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。

采用分段绕法可减少分布电容。

  2.5允许误差：

电感量实际值与标称之差除以标称值所得的百分数。

  2.6标称电流：

指线圈允许通过的电流大小，通常用字母A、B、C、D、E分别表示，标称电流值为50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA。

三、常用电感线圈

  3.1单层线圈 

  单层线圈是用绝缘导线一圈挨一圈地绕在纸筒或胶木骨架上。

如晶体管收音机中波天线线圈。

  3.2蜂房式线圈 

  如果所绕制的线圈，其平面不与旋转面平行，而是相交成一定的角度，这种线圈称为蜂房式线圈。

而其旋转一周，导线来回弯折的次数，常称为折点数。

蜂房式绕法的优点是体积小，分布电容小，而且电感量大。

蜂房式线圈都是利用蜂房绕线机来绕制，折点越多，分布电容越小

  3.3铁氧体磁芯和铁粉芯线圈 

  线圈的电感量大小与有无磁芯有关。

在空芯线圈中插入铁氧体磁芯，可增加电感量和提高线圈的品质因素。

  3.4铜芯线圈 

  铜芯线圈在超短波范围应用较多，利用旋动铜芯在线圈中的位置来改变电感量，这种调整比较方便、耐用。

  3.5色码电感线圈 

  是一种高频电感线圈，它是在磁芯上绕上一些漆包线后再用环氧树脂或塑料封装而成。

它的工作频率为10KHz至200MHz，电感量一般在0.1uH到3300uH之间。

色码电感器是具有固定电感量的电感器，其电感量标志方法同电阻一样以色环来标记。

其单位为uH。

  3.6阻流圈（扼流圈） 

  限制交流电通过的线圈称阻流圈，分高频阻流圈和低频阻流圈。

 3.7偏转线圈 

  偏转线圈是电视机扫描电路输出级的负载，偏转线圈要求：

偏转灵敏度高、磁场均匀、Q值高、体积小、价格低。

四、电感在电路中的作用

  基本作用：

滤波、振荡、延迟、陷波等

  形象说法：

“通直流，阻交流”

  细化解说：

在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。

  由感抗XL=2πfL知,电感L越大，频率f越高，感抗就越大。

该电感器两端电压的大小与电感L成正比，还与电流变化速度△i/△t

成正比，这关系也可用下式表示：

  电感线圈也是一个储能元件，它以磁的形式储存电能，储存的电能大小可用下式表示：

WL=1/2Li2。

  可见，线圈电感量越大，流过越大，储存的电能也就越多。

   电感的符号

  电感量的标称：

直标式、色环标式、无标式

  电感方向性：

无方向

  检查电感好坏方法：

用电感测量仪测量其电感量；用万用表测量其通断，理想的电感电阻很小，近乎为零。

五、电感的型号、规格及命名。

  国内外有众多的电感生产厂家，其中名牌厂家有SAMUNG、PHI、TDK、AVX、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM等。

  5.1片状电感

  电感量：

10NH～1MH

  材料：

铁氧体绕线型陶瓷叠层

  精度：

J=±5%K=±10%M=±20%

  尺寸：

04020603080510081206121018121008=2.5mm*2.0mm1210=3.2mm*2.5mm 

  个别示意图：

  贴片绕线电感         贴片叠层电感

3.环境影响登记表的内容

  5.2功率电感

  电感量：

1NH～20MH 

  带屏蔽、不带屏蔽

  尺寸：

SMD43、SMD54、SMD73、SMD75、SMD104、SMD105；RH73/RH74/RH104R/RH105R/RH124；CD43/54/73/75/104/105；

  个别示意图：

贴片功率电感              屏蔽式功率电感

  5.3片状磁珠

  种类：

CBG（普通型）阻抗：

5Ω～3KΩ

  CBH（大电流）阻抗：

30Ω～120Ω

  CBY（尖峰型）阻抗：

5Ω～2KΩ

  个别示意图：

贴片磁珠                    贴片大电流磁珠

  规格：

0402/0603/0805/1206/1210/1806（贴片磁珠）

  规格：

SMB302520/SMB403025/SMB853025（贴片大电流磁珠）

  5.4插件磁珠

  规格：

RH3.5

规格

在可行性研究时应进行安全预评价的建设项目有：

A

B

表四：

项目排污情况及环境措施简述。

C

4）按执行性质分。

环境标准按执行性质分为强制性标准和推荐性标准。

环境质量标准和污染物排放标准以及法律、法规规定必须执行的其他标准属于强制性标准，强制性标准必须执行。

强制性标准以外的环境标准属于推荐性标准。

（2）评价范围。

根据评价机构专业特长和工作能力，确定其相应的评价范围。

阻抗值（Ω）

10mHz

100mHz

RH3.5X4.7X0.8

3.5±0.15

4.7±0.3

62±2

20

45

RH3.5X6X0.8

3.5±0.15

6±0.3

62±2

25

65

RH3.5X9X0.08

3.5±0.15

9±0.3

62±2

40

105

 5.5色环电感

  电感量：

0.1uH～22MH

  尺寸：

0204、0307、0410、0512

  豆形电感：

0.1uH～22MH

  尺寸：

0405、0606、0607、0909、0910

  精度：

J=±5%K=±10%M=±20%

  精度：

J=±5%K=±10%M=±20%

  插件的色环电感                读法：

同色环电阻的标示

  5.6立式电感

  电感量：

0.1uH～3MH

  规格：

PK0455/PK0608/PK0810/PK0912

5.7轴向滤波电感

  规格：

LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019

  电感量：

0.1uH-10mH。

  额定电流：

65mA~10A。

  Q值高，价位一般较低，自谐振频率高。

   5.8磁环电感

  规格：

TC3026/TC3726/TC4426/TC5026

  尺寸（单位mm）：

3.25~15.88

 5.9空气芯电感

  空气芯电感为了取得较大的电感值，往往要用较多的漆包线绕成，而为了减少电感本身的线路电阻对直流电流的影响，要采用线径较粗的漆包线。

但在一些体积较少的产品中，采用很重很大的空气芯电感不太现实，不但增加成本，而且限制了产品的体积。

为了提高电感值而保持较轻的重量，我们可以在空气芯电感中插入磁心、铁心，提高电感的自感能力，借此提高电感值。

目前，在计算机中，绝大部分是磁心电感。

六、电感在电路中的应用

  电感在电路最常见的功能就是与电容一起，组成LC滤波电路。

我们已经知道，电容具有“阻直流，通交流”的本领，而电感则有“通直流，阻交流”的功能。

如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路（如图），那么，交流干扰信号将被电容变成热能消耗掉；变得比较纯净的直流电流通过电感时，其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能，频率较高的最容易被电感阻抗，这就可以抑制较高频率的干扰信号。

   LC滤波电路

  在线路板电源部分的电感一般是由线径非常粗的漆包线环绕在涂有各种颜色的圆形磁芯上。

而且附近一般有几个高大的滤波铝电解电容，这二者组成的就是上述的LC滤波电路。

另外，线路板还大量采用“蛇行线＋贴片钽电容”来组成LC电路，因为蛇行线在电路板上来回折行，也可以看作一个小电感。

七、常见的磁芯磁环

  铁粉芯系列

  材质有：

-2材（红/透明）、-8材（黄/红）、-18材（绿/红）、-26材（黄/白）、-28材（灰/绿）、-33材（灰/黄）、-38材（灰/黑）、-40材（绿/黄）、-45材（黑色）、-52材（绿/蓝）；尺寸：

外径大小从30到400D（注解：

外径从7.8mm到102mm）。

铁硅铝系列

  主要u值有：

60、75、90、125；尺寸：

外径大小从3.5mm到77.8mm。

 两种产品的规格除了主要的环形外，另有E形，棒形等，还可以根据客户提供的各项参数定做。

它们广泛应用于计算机主机板，计算机电源，电源供应器，手机充电器，灯饰变压调光器，不间断电源（UPS），各种家用电器控制板等。

八、电感与磁珠的联系与区别

  电感和磁珠的什么联系与区别

  1、电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件 

  2、电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，用于EMC对策

  3、磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。

两者都可用于处理EMC、EMI问题。

  EMI的两个途径，即：

辐射和传导，不同的途径采用不同的抑制方法。

前者用磁珠，后者用电感。

  4、磁珠是用来吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDRSDRAM，RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ。

  5、电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上。

一般地的连接和电源的连接。

  在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。

对信号线也采用磁珠。

  磁珠的大小（确切的说应该是磁珠的特性曲线）取决于需要磁珠吸收的干扰波的频率。

磁珠就是阻高频，对直流电阻低，对高频电阻高。

比如1000R@100Mhz就是说对100M频率的信号有1000欧姆的电阻。

因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。

磁珠的datasheet上一般会附有频率和阻抗的特性曲线图。

一般以100MHz为标准，比如2012B601，就是指在100MHz的时候磁珠的Impedance为600欧姆。

九、部分电感的计算公式

  9.1环形电感

  针对环形CORE，有以下公式可利用:

（IRON）

  L=N2*ALL=电感量（H）AL=感应系数

  H-DC=0.4πNI/lN==绕线匝数（圈）

  H-DC=直流磁化力I=通过电流（A）l=磁路长度（cm）

  l及AL值大小，可参照Micrometa对照表。

例如:

以T50-52材，绕线5圈半，其L值为T50-52（表示OD为0.5英寸），经查表其AL值约为33nH 

  L=33*（5.5）2=998.25nH≈1μH

  当通过10A电流时，其L值变化可由l=3.74（查表）

  H-DC=0.4πNI/l=0.4×3.14×5.5×10/3.74=18.47（查表后）

  即可了解L值下降程度（μi%）

  9.2电感计算

  介绍一个经验公式

  L=（k*μ0*μs*N2*S）/l

  其中 

  μ0为真空磁导率=4π*10（-7）。

（10的负七次方）

  μs为线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈时μs=1

  N2为线圈圈数的平方

  S线圈的截面积，单位为平方米

  l线圈的长度，单位为米

  k系数，取决于线圈的半径（R）与长度（l）的比值。

  计算出的电感量的单位为亨利。

K值表

2R/l

对应的K

3R/l

对应的K

3R/l

对应的K

4R/l

对应的K

0.1

0.96

0.6

0.79

2

0.52

10

0.2

0.2

0.92

0.8

0.74

3

0.43

20

0.12

0.3

0.88

1

0.69

4

0.37

0.4

0.85

1.5

0.6

5

0.32

　　以上均为理论值，实际的电量以实测为准。

十、电感的测量

  电感测量的两类仪器：

RLC测量（电阻、电感、电容三种都可以测量）和电感测量仪。

  电感的测量：

空载测量（理论值）和在实际电路中的测量（实际值）。

  由于电感使用的实际电路过多，难以类举。

所以我们就在空载情况下的测量加以解说。

电感量的测量步骤：

（RLC测量）

  1、熟悉仪器的操作规则（使用说明），及注意事项。

  2、开启电源，预备15~30分钟。

  3、选中L档，选中测量电感量

  4、把两个夹子互夹并复位清零

  5、把两个夹子分别夹住电感的两端，读数值并记录电感量

  6、重复步骤4和步骤5，记录测量值。

要有5~8个数据。

  7、比较几个测量值：

若相差不大（0.2uH）则取其平均值，记得电感的理论值；若相差过大（）0.3uH）则重复步骤2~步骤6，直到取到电感的理论值。

  不同的仪器能测量的电感参数都有一些出入。

因此，做任何测量前的熟悉你的测量仪器。

你的仪器能做什么。

然后按照它给你的操作说明去做即可。

  比如：

电感测量仪

  TH2773A电感测量仪（国产）

  测试频率：

100Hz、1kHz；

  测试电平：

0.3v

  测量参数：

LS，Q；

  测量准确度：

0.3%

  测量速度：

8次/秒

  主要功能：

可设置极限：

上超/下超/合格/D不合格：

讯响。

  TH2776电感测量仪（国产）

  测试频率：

100Hz、120Hz、1kHz、10kHz、40kHz、100kHz；

  测试电平：

0.1V、0.3V、1V；

  测量参数：

Ls-Q、ESR-Q、EPR-Q；

  测量准确度：

0.05%