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石英晶振的原材料和发展历史

      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,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。 
  
       如果在X轴方向施加压力,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。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。 

        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。 

信息来自:钽电容  陶瓷电容  二、三极管  晶体振荡器
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