为什么时钟中使用晶体振荡器而不是 RLC 电路?

电器工程 电路分析 水晶 基本的 谐振
2022-01-19 05:08:49

石英钟的计时晶体振荡器调节。该晶体振荡器有效地形成了 RLC 电路。如果是这样,晶体振荡器具有哪些特性使其优于 RLC 电路?

4个回答

晶体振荡器更准确,它们体积小,温度系数低,漂移低,成本低。

石英晶体是一种性能特别稳定的机械谐振器。石英是一种非常稳定的材料——它不会“老化”,也不会随温度发生太大变化。也可以将石英制备得非常纯净并具有一致的特性。石英也有轻微的压电性——电场会引起偏转,而偏转会产生电荷。

当正确切割(相对于晶轴具有特定方向)并正确安装时,机械性能(基本上刚度)与温度无关。晶体上的触点意味着机械振动会产生电荷,如果配置正确(使用放大器),整个系统可以以稳定的频率谐振。

在电气上,这可以建模为具有相似属性的 RLC 网络。RLC 值可能令人惊讶——通常是几分之一 fF 的电容和许多亨利的电感。

原因是准确性。对于电容器,2% 被认为是非常好的容差。我不确定电感器,但我希望它是相似的。电阻器比电容器或电感器好,但你不能单独用电阻器构建振荡器。

从这些数字的角度来看:1% 相当于每小时 36 秒或每天 14 分 24 秒,这对于时钟来说是完全不可接受的精度。

虽然可以将石英晶体建模为 RLC 电路,但实际上并非如此。
晶体的切割和尺寸使其在特定频率下谐振,这比由离散 R、L 和 C 制成的电路更准确地确定。