影响石英晶体谐振器频率稳定的主要因素与解决

石英晶体谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的重要电子元件。所谓频率稳定，就是在各种外界条件发生变化时，振荡器实际工作频率与指定频率之间偏差最小，稳定的振荡频率，才能使一些电路对信号能够正确处理准确输出，影响石英晶体谐振器频率稳定的主要因素。

影响因素

1）温度

环境温度是影响石英晶体谐振器频率变化的最主要因素，石英晶体谐振器谐振频率会随温度的改变而变化，这种性质称其频率温度特性：石英晶体谐振器的频率-温度特性除与其本身物理特性有关外，还与其切割角度（即切型）和加工流程有一定关系。恒温型和温度补偿型晶体振荡器这两类高稳定度晶体振荡器正是基于频率温度特性研制而成的。

2）老化

老化效应是石英晶体固有的物理现象，其谐振频率随时间推移缓慢减小或增加的变化过程，称为石英晶体的老化。AT切石英晶体谐振器的老化主要源于下述方面：

• 谐振器内部石英晶格的不完善导致晶体在工作时其结构发生变化，此是长期效应：另气体的分解和吸收导致极板质量的改变或迁移，影响会持续数周或数年；

• 由于温度梯度效应而产生的老化；

• 因压力释放效应而产生老化，此为温度梯度效应过程的函数，一般持续数月。

3）激励电平的变化

激励电平的变化：研究表明，激励电平对晶体振荡器谐振频率有明显的影响；激励电流的过大或者过小，都将影响石英晶体的老化性能和谐振频率的长期或者短期稳定度，从而激励电平的是否稳定直接影响到石英晶体谐振器的频率稳定度。

除此以外，负载的变化、电源电压的波动以及核辐射等也都会导致石英晶体谐振器的谐振频率发生变动。当石英晶体谐振器用于某些精度要求特别高的场合时，这些因素给谐振器谐振频率造成的影响也是不可忽视的。

改善方法

1）石英晶体振荡器，除有良好的振荡电路外，还要采取措施，减小外界温度对振荡频率的影响。在温度补偿石英振荡器的电路中，将变容二极管与石英晶体串联，外界温度改变时，变容二极管的电容变化，使石英晶体随温度变化的谐振频率，向相反方向变化，以减小温度对振荡频率的影响。

2）石英晶体的老化效应，是它的谐振频率随时间作缓慢变化的现象。石英晶体虽经过厂家老化处理，但还须在使用数十天后，或调整频率补偿电容，使振荡器工作在指定频率上。

3）石英晶体工作时，两端加有激励电压，要消耗一定功率。激励电压过高，损耗产生的热效应过大，而使谐振频率变化，产生不可逆的老化漂移，或使晶片振动振幅过大，甚至可造成晶片振裂损坏，过小的激励电压，将使振荡器 输出减小，甚至不能维持振荡。为使石英谐振器频率稳定，激励电平要合适且稳定。

——本文章转自世强元件电商

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