石英晶體諧振器原理

石英是具有以下一系列特性的唯一材料：
􀁺 壓電特性（“壓力—電的特性”）
􀁺 具有零溫度系數(shù)切型
􀁺 具有應(yīng)力補(bǔ)償切型
􀁺 低損耗（即高Q 值）
􀁺 容易加工。在任何物質(zhì)中的可溶性低，除了氟化物的腐蝕外，在“正常”條件下，堅(jiān)硬而不易碎
􀁺 在自然界中很豐富，易于大量生長，成本低，純度和完整性均較高。在人工生長的單晶石英中，年產(chǎn)量在3000 頓以上，生長數(shù)量僅次于硅（到1997 年為止，年增長是硅的3
到4 倍）。

壓電效應(yīng)表明了石英晶體的力學(xué)性質(zhì)和電學(xué)的耦合。直接壓電效應(yīng)由居里兄弟在1880 年發(fā)現(xiàn)的。他們指出，當(dāng)把一重物放在一石英晶體上時(shí)，在晶體表面上出現(xiàn)了電荷，電荷量和重物的質(zhì)量成正比。1881 年，用圖解說明了反壓電效應(yīng)；當(dāng)把電壓加到晶體上時(shí)，由于壓電效應(yīng)引起的晶格應(yīng)變而使晶體產(chǎn)生變形。當(dāng)把電壓反向時(shí)，應(yīng)變也反向。因此，壓電效應(yīng)起到了電路與晶體機(jī)械特性之間的耦合作用。在適當(dāng)條件下，“良好”的壓電諧振器能夠?qū)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>振蕩器電路起穩(wěn)頻的作用在32 種晶體中，有20 種具有壓電效應(yīng)（但在20 種中，只有很少幾種有用）。壓電晶體沒有對(duì)稱中心，當(dāng)力使晶格形變時(shí)，晶體中正負(fù)電荷的重心可能被分開而產(chǎn)生表面電荷。圖中所示為晶體壓電效應(yīng)的一個(gè)例子（根據(jù)Kelvin 的定性模型）。每個(gè)硅原子用+號(hào)表示，每個(gè)氧原子用—號(hào)表示。當(dāng)受到應(yīng)變而使晶體沿Y 方向伸長時(shí)，負(fù)電荷就向左移動(dòng)，而正電荷就向右（沿X 軸）移動(dòng)當(dāng)石英晶體有對(duì)稱中心，即石英晶體時(shí)各向同性時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。然而電致伸
縮存在于所有的電介質(zhì)固體中。在應(yīng)用電場(chǎng)中的二次變形（盡管壓電效應(yīng)是線性的；隨著電場(chǎng)的反轉(zhuǎn)，變形也會(huì)反轉(zhuǎn)）偏電致伸縮，弱電場(chǎng)的變化重疊于恒定分量，這個(gè)現(xiàn)象與線性壓電等價(jià)；這個(gè)技術(shù)能被用于非壓電石英晶體，例如硅，但耦合依賴于偏軸。