SJ 11210 1999 石英晶体元件参数的测量 第4部分：频率达30MHz石英晶体元 件负载谐振频率 和负载谐振电阻R 的测量方法及其他导出参数的计算

 

石英晶体元件参数的测量

第4部分：频率达30MHz石英晶体元

和负载谐振电阻R

的测量方法及其他导出参数的计算

Measurement of quartz crystal unit parameters

Part4:Method for the measurement of the load resonance

Frequency , load resonance reaistance  and the calculation

of other derived valuses of quartz crystal units,up to 30MHz

1范围

    本标准规定了频率达30MHz石英晶体元件负载谐振频率和负载谐振电阻的简单

 测量方法。从这两项测量可计算出由IEC 122 -l修改1中定义的负载谐振频率偏置，频率牵引范围和牵引灵敏度S。

    本方法采用的是测量串联谐振频率和当与晶体元件串联一个负载电容时产生的的变化（即）。测量准确度主要由频率测量的准确度和负载电容校准的准确度决定。

    用不同的负载电容测量的负载谐振频率可以确定IEC 302中定义的和。

    应当注意．当进行晶体元件的负载谐振频率测量时，可获得的准确度是晶体元件设计和

负载电容值的函数，还与测量的方法有关。

    有关的一般性有用资料可参见IEC122-2。

 2测量电路

2.1测量电路由IEC 444 -l中所规定的零相位网络系统构成，该网络中能够在晶体元件

引出端和网络的接触片之间放入一已校准的负载电容器，以获得规定的负载电容值。

    负载电容器皮可更换和可互换，以便使得串联谐振测量时和一个或多个负载电容的负蓑

2振测量时能够在同一个测量的系统中进行，而无测量系统的扰动。

2.2关于负载电容器的典型设计的概述和接入网络的方法及其测量误差在附录A中给出。2.3负载电容器的技术要求

2.3.1负载电容器的剩余电感应小于H。

2.3.2规定的标称值允许偏差在频率达1MHz时应不大于±0.1pF。

2.3.3负载电容器的串音电容应小于0.05pF。串音电容可按附录A所属测量。

2.3.4负载电容器的温度系数25℃为基准，应小于30×/℃

3.1初始调整

    零相位网络系统的校准和初始调整按IEC 444 -1第6章的规定进行。

3.2系统中（见3.1条）所用的基准电阻能够从网络中取出，并能替代晶体元件及其相应

的负载电容。在零相位时测量负载谐振频率，而负载电阻是由IEC 444 -l的6.2条所规定的和值计算得到的。这些测量所用的负载电容应具有小于2.3.2条规定的允许偏差(标准值在观l22—1第5条中给出)。

3.3通过上述测量．可以计算由1EC 122 -l修改1中定义的负载谐振频率偏置，频率

牵引范围和牵引灵敏度S。

3.4采用IEC 302中2.3.2条的公式，也能够计算动态电容和动态电感。

附录A

（标准的附录）

负载电容器的使用建议

 

A1  负载电容器设计

A1.1 机械特征

符合2.3条要求的任何设计都是适宜的。按下述方案设计的负载电容器符合这些要求。

   电容器由两个电容性元件构成，电容性元件焊接到玻璃纤维基底的铜层来固定其边缘，

    如图Al所示。

    电容性元件为镀有铬镍金合金的薄镀层陶瓷基片。

    该组件每面再镀0.3mm厚的铜层。最终的镀层是5μm厚的金。

    该结构由图Al示出。

    负载电容器的两部分大致相等，每部分的值为2,就是需要的负载电容值。

    可以通过腐蚀边缘调整电容值，以符合2.3.2条给出的负载电容器技术要求的规定极

    限。

Al．插入网络

    图A2示出了负载电容器如何插入网络，以使得负载电容器放入网络的一个触点和晶

    体元件引出端之间。图A3示出了晶体元件和负载电容器就位后的电路图。

    应当采取措施，使得负载电容器放在与网络选用垂直的位置。

A1.3负载电容器的校准和测量

A1 .3.1负载电容器的校准应使用适用的可做单端口电容器测量（另一引出端接地）的电

容计在频率为1MHz时进行。步骤如下：

A1.3.2测量未插入负载电容器时电容计的测试夹具的电空值。

A1.3.3插入负载电容器并羽量它的两个部分，得到的电容值是和。

A1.3.4负载电容的实际值用下式计算：    ’

    =…………………………………………(1)

   

A1.3.5串音电容的测量

    串音电容值可以用负载电容的串音衰减的测量来计算。串音衰减和串音电容之间的

关系由下式给出：

    =…………………………………………………(2)

串音电容的衰减能够用共似于IEC 444一l第5.1条所述的方法测量再用下式计算：

    ……………………………………(3)

    式中是插入负载电容后测量的B通道的电压，是网络本身的测量电压，

是当负载电容换为短路片时测量的电压。

A2测量误差

A2.1概述

    动态电容和动态电感的标准测量方法在IEC 444 -2中给出。然而，也能够使用

与上述的负载电容配合的网络测量动态电容和动态电感。

A2.2测量误差的主要来源

    测量误差的主要来源是：

    —晶体支架的电容和；

    —剩余杂散电容：

    —剩余接触电阻；    。

    —负载电容值校准的准确度；

    —采用零相位法的网络的频率和电阻测量的准确度。

    由于校准不准确度引起的负载电容不准确度和频率的依赖关系表示8图A4中。其主要

原因是负载电容的剩余电感Lr，它造成随频率升高而稍有增加。此增加的相对值可用下

面的近似式计算：

  ≈……………………………(4)

    式中：=lkHz。

    当= 1nH，f=30MHz，=30pF时，此增加小于0.2%。

    在某一温度范围内测量时，温度的影响可能很重要。这一影响主要由负载电容中作为介

质的陶瓷材料的温度系数决定。

A2.3晶体元件的频率／温度特性的效应可以通过在确定晶体元件等效串联麓电路元髻时要

求的整个频率测量期间晶体元件的温度保持不变而减到最小。

A2.4当要求精确确定和时，频率测量的准确度应尽可能高，因为该测量结果包含有多于两个或多个非常近似的频率之差。

A2.5负载谐振频率和负载谐振电阻的测量方法按照IEC 444 -1中规定的谐振条件。

A3误差分析

A3.1负载谐振频率的测量误差

    由负载电容的不准确度造成的的相对测量误差由下式给出：

  ……………………………………………(5)

式中：S——牵引灵敏度。

     的相对测量误差是不同频率的牵引灵敏度的函数。见图A5。

A3.2负载谐振电阻的相对测量误差 

    由负载电容的不准确度造成的的相对测量误差由下式给出：

    ………………………………………(6)

    并见图A6。

  A3.3  的测量误差

    a）负载电容的不准确度

    由负载电容的不准确度造成的的相对测量误差由下式给出：

   …………………………………(7)

的相对测量误差是频率的函数，曲线由图A7给出。

    b) 的相对测量误差是由于如环境温度变化、激励电平变化包括零相位指示的误差引

起的，和测量频率的不准确度而造成的。

       的相对误差能够用下式计算：

    ………………………(8)

若=2，则

且有一个很好的近似

=或

=…………………………………(9)

    图A8示出了不同的频率测量误差时的相对测量误差，它是的函数，此时

                              =5pF

                              =15pF

                              =30pF

 

    c)代替的测量

    的相对测量误差由下式给出：

    ………………………(8)

当

≈

≈

对于

    =15pF   =30pF    =3pF

图A9示出了晶体元件品质因数Q不同的的相对测量误差，它是的函数。

 

 

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