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(jī)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(bǔ)償切口;例如，AT切割是第一個發(fā)現(xiàn)的溫度補(bǔ)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(jī)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(yùn)動連續(xù)體和麥克斯韋方程的運(yùn)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(diǎn)安裝封裝;（b）三點(diǎn)和四點(diǎn)安裝包。

由于石英是各向異性的和壓電的，具有十個獨(dú)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(diǎn)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(diǎn)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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