石英晶体谐振器的广泛应用和原理2012/05/25

晶振广泛应用在我们的生活中，遥控器用的陶瓷晶振，时钟用的32.768KHZ晶振，手机用的石英贴片晶振，和智能手机用到的陶瓷滤波器，安防产品用到的石英振荡器。晶振的原理到底是什么。石英作为压电晶体的代表，最早获得了实际应用。那么，石英晶体在机械力的作用下为什么会在其表面产生电荷呢？

石英晶体（quartz crystal）的成份主要是SiO₂，晶格排列整齐，其每个晶体单元中有三个硅离子和六个氧离子（如图2），正负离子分布在正六边形的顶角上。当作用力为零时，正负电荷相互平衡，所以外部没有带电现象。

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如果在X轴方向施加压力（如上图b所示），则氧离子挤入硅离子2和6间，而硅离子4挤入氧离子3和5之间，结果在表面A上出现正电荷，而在月表面上出现负电荷。如果所受的力为拉力时，在表面A和B上的电荷极性就与前面的情况正好相反。

如果沿y轴方向施加压力时，则在表面A和B上呈现的极性（如上c所示）。施加拉力时，电荷的极性与它相反。

若沿Z轴方向施加力的作用时，由于硅离子和氧离子是对称的平移，故在表面没有电荷出现，因而不产生压电效应。

［应用］石英晶体振荡器

基于压电效应的压电驱动器，能实现精确控制功能，是精密机械、微电子和生物工程等领域的重要器件。常用的压电材料有陶瓷、单晶和薄膜三种类型。陶瓷类的有钛酸钡(BaTiO3)、泰酸铅锆(PZT)，单晶类有石英(水晶)、电气石、罗德盐、钽酸盐、铌酸盐等，薄膜类的有氧化锆(ZnO)等。

石英晶体常被用来制作振荡器，在电子线路中充当信号源。石英晶体的固有频率只与晶片的几何尺寸（包括晶体切割的方位，大小和形状）有关，其精度高而稳定，因此是一种最理想的振荡源材料。石英晶体振荡器制作工艺简单，制作成本很低。只要在石英晶片的两个面上各喷涂一层银(或金)，然后引出电极并加以封装，就构成了一个石英晶体振荡器。

石英晶体振荡器的频率稳定度可达10^-9／日，甚至10^-11。例如10MHz的振荡器，频率在一日之内的变化一般不大于0.1Hz。因此，完全可以将晶体振荡器视为恒定的基准频率源，石英电子表和电脑都是利用石英晶体提供基准频率的。

有源晶振与无源晶振

在电子学上通常将含有晶体管元件的电路称作“有源电路”（如有源音箱、有源滤波器等），而仅由阻容元件组成的电路称作“无源电路”。

晶体振荡器（晶振）也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。无源晶振是有2个引脚的无极性元件，（无源贴片晶振有四个脚的和两个脚的，贴片四脚晶振只是其中两个引脚不起任何作用）但是需要借助于外部电路提供一个交流信号才能产生振荡信号，自身无法振荡起来。有源晶振有4只引脚（也有多于4脚以上的引脚），是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体还有晶体管和阻容元件等（现在多集成为一个芯片），因此体积稍大。现在有源晶振的体积最小可以做到2520mm了。晶振趋势逐渐向越来越小的体性发展，晶振性能优等的还数日产知名电子元器件生产基地较为出名。

信息摘自：http://www.taiheth.com