陶瓷谐振器与石英晶振的对比

时间： 2024-08-06 来源：晶鸿兴官网

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陶瓷谐振器（Ceramic Resonator）是利用压电陶瓷(一般为锆钛酸铅，PZT)的压电效应产生谐振频率的电子元件，电路符号与石英晶体谐振器（Quartz Crystal）相同。与石英晶体谐振器（Quartz Crystal）相比，陶瓷谐振器也属于无源谐振元件，两者的起振原理也非常相似，但陶瓷元件的频率精度不如石英谐振器，通常用于消费、工业、汽车领域中对频率精度要求不高，但使用温度范围更广的应用产品上。

一、谐振原理

陶瓷谐振器的振子为压电陶瓷材料，施加电压时陶瓷会膨胀或收缩，受力时陶瓷会产生电压，这就是压电效应。陶瓷材料的基本单元是微晶体，每个晶体由带正电荷或负电荷的原子构成。在自然状态下，大多数陶瓷带有的正、负电荷是平衡的，但也有一种介电陶瓷(称为铁电体)在晶体中带有不平衡的正、负电荷，会造成偏电荷，也就是发生自发极化。焙烧后，铁电陶瓷会立即发生自发极化并产生随机极轴，而正、负电荷整体上是平衡的。

但是，随着高直流电压的应用，自发极化产生的极轴在相同的方向上对齐，即使去掉电压，极轴也不会随之消失。使自发极化极轴对准的过程被称为极化过程。如果将极化过程应用于铁电陶瓷，就会生成压电陶瓷。当给压电陶瓷施加外部电压时，陶瓷内的正、负电荷的中心会相互吸引或排斥，就会造成陶瓷的膨胀或缩小。或者，给压电陶瓷施加压力，就会在压电陶瓷的对面产生正、负电荷；如果对压电陶瓷施加张力，电荷的极性会相反。

利用这种晶体极化，可以使电能和机械能相互转化。基于压电陶瓷的机械谐振频率随振动模式的变化而变化的特性，可以制作出各种陶瓷元件，如陶瓷谐振器、陶瓷滤波器、陶瓷陷波器、声表滤波器、压电蜂鸣器等。

二、性能特点

与石英晶体谐振器对比，虽然陶瓷谐振器的频率和温度稳稳定度欠佳，但尺寸小，可在150度下运作，符合AEC-Q200标准，而且成本只有晶体的一半。

三、陶瓷谐振器与其他谐振组件的比较

1、尺寸小，重量轻。陶瓷谐振器为独石结构，尺寸只有普通石英晶体谐振器尺寸的一半，而且坚固抗震。

2、成本低，免调整。与CR、LC电路不同，陶瓷谐振器利用的是机械谐振而不是电谐振，基本上不受外部电路或电源电压波动的影响，可以制作成无需调整的高度稳定的振荡电路，便于客户批量生产。

3、内置负载电容。陶瓷谐振器属于负载电容内置型，谐振电路设计较为简单。同时，它还能节省包括负载电容在内的基板贴装面积。

4、轻薄、外形小。采用轻薄的小外形设计，可减少元件数量。无外置电容的尺寸减少了约48%（与晶体3225尺寸相比），有助于实现模块元件的小型化。

5、高可靠性需求。具有支持CAN通信等高精度通信的电气特性，为在发动机、电池附近等以及温度更高的环境中工作，工作温度最高可达到150度。

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