大自然中有非常多的結(jié)晶體礦物質(zhì)種類，大概有340多種，部分屬于珍稀晶體，但大部分在溶洞，水源附近和巖石上可以見到，大部分都被人類利用起來，電子產(chǎn)品上常用的石英晶振（Quartz Crystal）的原料就是這些結(jié)晶的礦物質(zhì)。剛開始發(fā)現(xiàn)水晶和石英具有直接壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)時，都是采用天然的結(jié)晶生產(chǎn)晶振，后來因為天然的石英水晶無法再滿足市場需求，且采集成本比較高，科學(xué)家們研發(fā)出了人工的晶體，代替原來的天然石英水晶。
在32個晶體類中，20個表現(xiàn)出壓電效應(yīng)（但這些中只有少數(shù)是有用的）。石英晶體缺乏對稱中心。當(dāng)力使晶格變形時，晶體中正電荷和負(fù)電荷的重心可以分離，從而產(chǎn)生表面電荷。壓電效應(yīng)可以提供電路與晶體的機械特性之間的耦合。在適當(dāng)?shù)臈l件下，“良好”的壓電諧振器可以穩(wěn)定振蕩器電路的頻率。
直接壓電效應(yīng)是由居里兄弟于1880年發(fā)現(xiàn)的。他們表明當(dāng)重量放在石英晶體諧振器上時，充電出現(xiàn)在水晶表面;電荷的大小與重量成正比，而且很容易以低成本大量生長，并且具有相對較高的純度和完美性。在1881年，說明了相反的壓電效應(yīng);當(dāng)向晶體施加電壓時，晶體由于該效應(yīng)引起的晶格應(yīng)變而變形。當(dāng)電壓反轉(zhuǎn)時，應(yīng)變反轉(zhuǎn)。
石英晶體是高度各向異性的，即，隨著晶體學(xué)方向，性質(zhì)變化很大。例如，當(dāng)在氫氟酸中蝕刻石英球時，蝕刻速率沿最快蝕刻速率方向（2方向）比沿最慢方向（慢X方向）快100倍以上。石英的常數(shù)，例如熱膨脹系數(shù)和彈性常數(shù)的溫度系數(shù)，也隨方向而變化。晶體單元可以具有零溫度頻率系數(shù)，這是彈性常數(shù)的溫度系數(shù)從負(fù)值到正值的結(jié)果。
石英中零溫度系數(shù)切割的軌跡如圖7所示。選擇X，I：和2方向以使屬性描述盡可能簡單。圖5中的Z軸是石英中三重對稱的軸;換句話說，當(dāng)晶體圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)時，物理性質(zhì)每120“重復(fù)一次。切口通常有兩個字母的名稱，其中名稱中的”T“表示溫度補償切口;例如，AT切割是第一個發(fā)現(xiàn)的溫度補償切口。FC-，IT-，BT-和RT-切割是沿零溫度系數(shù)軌跡的其他切割。對于某些特殊屬性，過去（在發(fā)現(xiàn)SC切割之前）對這些切割進(jìn)行了研究，但今天很少使用。最高穩(wěn)定性的石英晶體振蕩器采用SC切割或AT切割晶體單元。

AT，F(xiàn)C。英尺。SC。BT。和RT cuts在我的kxi零溫度系數(shù)削減。LC是一個Wwar wdficienf' wfmat用于fhennomefer。
Y-Cut：=+90ppmpc
（厚度剪切模式）
X-Cut：“-20ppmm
（伸展模式）

圖7.零溫度系數(shù)切割石英

因為時鐘晶體單元的性質(zhì)很大程度上取決于晶體板的切割角度，所以在晶體單元的制造中，板沿著相對于晶軸的精確控制的方向從石英棒上切割下來。通過X射線衍射檢查板的取向。在某些應(yīng)用中，必須以幾秒角的精度控制方向。在成形為所需尺寸后，將金屬電極施加到晶片上。具有圓形電極的圓形板是最常用的幾何形狀，盡管坯料和電極也可以是其他幾何形狀。電極晶片安裝在支架結(jié)構(gòu)中[38]。圖8顯示了用于頻率大于1MHz的諧振器的兩種常見類型的支架結(jié)構(gòu)。（石英表中使用的32.768K音叉諧振器通常封裝在小型管狀外殼中。）由于石英是壓電的，施加在電極上的電壓會使石英板輕微變形。由交流電壓引起的變形量取決于所施加電壓的頻率與晶體的自然機械共振的接近程度。為了描述諧振器的行為，必須用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ蠼馀ｎD運動連續(xù)體和麥克斯韋方程的運動定律的微分方程。

圖8.AT切割和SC切割晶體單元的典型結(jié)構(gòu)：（a）兩點安裝封裝;（b）三點和四點安裝包。

由于石英是各向異性的和壓電的，具有十個獨立的線性常數(shù)和許多高階常數(shù)，因此這些方程很復(fù)雜，并且從未以封閉形式求解物理可實現(xiàn)的三維諧振器。幾乎所有的理論著作都使用了近似值。非線性彈性常數(shù)雖小，但卻是石英晶體振蕩器的一些重要不穩(wěn)定性的來源，如加速度靈敏度，熱瞬態(tài)效應(yīng)和幅頻效應(yīng)，本章將對其進(jìn)行討論。
在理想的諧振器中，振動的幅度在電極的中心處最大;如圖9右下部分所示，它在電極外呈指數(shù)下降。在適當(dāng)設(shè)計的諧振器中，安裝和連接結(jié)構(gòu)損失的能量可忽略不計，即諧振器的邊緣必須無效能夠具有高Q.諧振器表面上的點的位移與驅(qū)動電流成比例。在（例如，低頻-MHz）厚度剪切SMD晶振中使用的典型驅(qū)動電流下，峰值位移大約為幾個原子間距。（電極上的點的峰值加速度大約為100萬g。）

圖9帶電極的圓板的諧振器振動幅度分布

現(xiàn)代科技發(fā)展速度越來越快，石英和水晶這種礦物質(zhì)也發(fā)揮了更大的作用，石英晶體諧振器和石英晶體振蕩器被應(yīng)用到成千上萬種不同的產(chǎn)品身上，而且種類也越來越多，相關(guān)的工藝和技術(shù)每年都在突破。時代在進(jìn)步，晶振也在進(jìn)步，從最初的音叉型32.768K到現(xiàn)在高端的OCXO振蕩器，差分晶振，烤箱恒溫晶體振蕩器等類型，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展變化。

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