a
Lq
JT
Cq
C0
rq
b
石英谐振器的符号 和基频等效电路
★★通常，压电效应并不明显。但是，当交变电场的频 率为某一特定值时发生谐振，机械振动和交变电场的振幅骤然 增大，产生共振，称之为压电振荡。
9
3. 石英晶体的等效电路
当石英晶体不振动时，可等效为一个平 Lq 板电容C0，称为静态电容；其值决定于晶片
?
图1.3.3 晶体谐振器的等效电路
机械摩（a擦）和包空括泛音在内的等效电路 气阻（尼b引）起谐振的频率附近的等效电路 损耗，值很小（，c）电路符号 为（几～几十）
8
2.石英晶体谐振器--压电振荡
l. 压电效应和压电振荡
在石英晶体两个管脚加交变 电场时，它将会产生一定频率的 机械变形，而这种机械振动又会 产生交变电场，上述物理现象称 为压电效应。
它具有很高的Q值，
高达104 ～ 106，3
? q5
a图是泛音谐振的示意图
(a)
b图是基次谐振的示意图
其次，晶体的C0>>Cq, 它的接 入系数p ≈ Cq /C0很小，大大减小了 加到晶体两端的外部电路元件对晶 体的影响。
14
Lq
C0
C0
Cq
rq
(b)
Cq Lq a
Co
10
4. 石英晶体的振荡频率
当等效电路中的Lq、Cq、rq支路产生串联谐振时，
a
该支路呈纯阻性，等效电阻为rq ，谐振频率
1 fs ? 2π LqCq
Lq
Cq
C0
此时，整个网络的阻抗等于rq并联C0的容 抗，因rq ＞＞ C0的容抗，故可近似认为整体
rq
也呈纯阻性，等效电阻为rq 。
b
当f＜ f s时，串联支路呈容性，于C0并联后石英晶体呈容性。
rq
b
7. 石英晶体滤波器的应用
X
? 作电感用
工作于串联谐振与并联谐振之 O 间的狭长感性区，电感是频率的函 数，且随频率增加而剧烈增加，从 而遏制频率的进一步增加。
感 性
fs
fp
容性
容性
a
它具有很高的Q值，外界影
响很小，只受工艺影响。
Lq
? 工作于串联谐振状态 (fs) C q
C0
注意：一般不工作于容性区。
4
1.石英晶体谐振器1) 物理特性
1. 石英晶体谐振器 1) 石英晶体谐振器是由天然或人工生成的石 英晶体切片制成。
5
石英晶体形状
a、b石英晶体的现状以及各种切工 c、电路符号
6
石英晶体外形
石英晶体外形和内部结构
7
石英谐振器的等效电路及阻抗特性
1、等效电路
由于各谐波频率相 隔较远，相互影响 很小晶。体对作于为某介一质具的静态
输入
输出
输入
输出
a
b
输入
输出
c
3
输入
输出
d
1 石英晶体滤波器
为了获得工作频率高度稳定、阻带衰减特性十
分陡峭的滤波器，就要求滤波器元件的品质因数 Ｑ
很高。而LC型滤波器的品质因数一般在 100～200范 围内，不能满足上述要求。
石英谐振器的品质因数 Ｑ可达几万甚至几百万，
因而可以构成工作频率稳定度极高、阻带衰减特性 很陡峭、通带衰减很小的滤波器。
12
4. 石英晶体的振荡频率
1 fs ? 2π LqCq
fp ? 2π
1
Lq
CqC0 Cq ? C0
?
fs
1? Cq C0
a
Lq
Cq
C0
rq
由于Cq<< C0，所以f s ≈f p。
b
当f ＞f p时， C0容抗最大，起主导作用，石英晶体又呈 容性。
13
6. 石英晶体滤波器的特点
? 频率稳定度很高
体音频性基应）率，（频（常图电与虑次用，附因b效几数或（容石）基泛（只近此电～、。工英a等频音如须的可）几极路C其片作效及的工考电以是0十板数厚。于。?各等作虑路用面)考值度p泛?F积于此特图d一、，S有般介较关为电大。。
弹弹性性体体的的质弹 量～性较为为，几模小（（值十数，0几.很）0十，1大H～m值；， 0.1）pF；
当f ＞f s时，L、C和rq支路呈感性，在某一频率将与C0产生并 联谐振，石英晶体又呈纯阻性，谐振频率
11
fp ? 2π
1
Lq
CqC0 Cq ? C0
?
fs
1 ? Cq C0
5.石英晶体谐振器的电抗曲线
X
感
性
O
fs
fp
容性
容性
a
Lq
Cq
C0
rq
b
图 石英晶体谐振器的电抗曲线 结果：有底纹的感性
区域为通频带
第一章 选频与阻抗变换电路
高频电路中的典型选频组件----滤波器
?1 石英晶体滤波器
? 2 陶瓷滤波器 ? 3 表面声波滤波器
章末小结
1
高频电路中的典型选频组件----滤波器
?1 石英晶体滤波器 ?2 陶瓷滤波器 ?3 表面声波滤波器
2
基本LC选频支路概念
从谐振时阻抗的大小可以知道，下面电路对f0信号是否通过
它以铌酸锂、锆钛酸铅或石英等压电材料为基片，利
用真空蒸镀法，在抛光过的基片表面形成厚度约１０
μｍ的铝膜或金膜电极，称其为叉指电极。左端叉指
图 3.6.10 四端陶瓷滤波器
电路组成原则：中心频率是串臂的串联谐振频率和并臂的 并联谐振频率，截止频率分别对应串臂的并联谐振频率和并臂 的串联谐振频率。
谐振子数目愈多，滤波器的带外衰减性能愈强。
18
声表面波滤波器
见下页C声=3*103m/s
表面声波是利用局部扰动产生一种通过固体介质内或
沿表面传送的波 .声表面波滤波器结构示意图如下所示。
rq
15
b
2 陶瓷滤波器
?集中选频滤波器
?
1. 陶瓷滤波器
?
在通信、广播等接收设备中，陶瓷滤波器
有着广泛的应用。
?
陶瓷滤波器是利用某些陶瓷材料的压电
效应构成的滤波器，常用的陶瓷滤波器是由锆钛
酸铅〔Pb（ZrTi）O3〕压电陶瓷材料（简称 PZT）
制成的。
16
陶瓷滤波器的等效电路和符号
利用某些陶瓷材料的压电效应构 成的滤波器，称为陶瓷滤波器。它的
等效品质因数ＱＬ为几百，比LC滤波
器高，但远比石英晶体滤波器低。
因此作滤波器时，通带没有石英 晶体那样窄，选择性也比石英晶体滤 波器差。它具有与石英晶体相类似的 压电效应，因此陶瓷谐振器的等效电 路与石英晶体的相同。
17
图 3.6.8 单片陶瓷滤波器 的等效电路和符号
陶瓷滤波器电路组成原则 陶瓷谐振片
的几何尺寸和电极面积，一般约为几～几十 C q
pF。
rq
a C0
当晶片产生振动时，机械振动的惯性等
b
效为电感Lq，其值为几mH～几十H。
图 3.6.2 石英谐振器 基频等效电路
晶片的弹性等效为电容Cq，为0.01～0.1pF，因此Cq << C0 。
晶片的摩擦损耗等效为电阻rq，约为100Ω，理想情况下 rq=0。