石英晶体振荡器是一种电子振荡器电路,它利用压电材料振动晶体的机械共振来产生具有精确频率的电信号.这一频率通常用于记录时间,如石英手表,为数字集成电路提供稳定的时钟信号,并稳定无线电发射机和接收机的频率.最常见的压电谐振器类型是石英晶振,因此包含它们的振荡器电路被称为晶体振荡器,,但包括多晶陶瓷在内的其他压电材料也用于类似的电路中.
石英晶体的制造频率从几十千赫兹到数百兆赫不等.每年生产超过20亿颗晶体.大多数用于手表,钟表,收音机,电脑和手机等消费设备.石英晶体也存在于测试和测量设备中,如计数器,信号发生器和示波器.

历史
压电现象是雅克和皮埃尔•居里在1880年发现的.第一次世界大战期间,保罗•朗之万首先研究了声纳中使用的石英晶体谐振器.第一个使用罗谢尔盐晶体的晶体控制振荡器是由贝尔电话实验室的亚历山大•尼克尔森于1917年制造的,并于1918年获得[4]专利,尽管沃尔特•盖顿•卡迪对他的优先权有争议.[5]凯蒂在1921年制造了第一个石英晶体振荡器.[6]石英晶体振荡器的其他早期创新者包括乔治•皮尔斯和路易•埃森.
石英晶体振荡器是在20世纪20年代和30年代为高稳定性频率基准而开发的.在水晶出现之前,无线电台用调谐电路控制频率,这种电路很容易漂移关闭频率3-4千赫.由于广播电台被分配的频率只有10千赫,由于频率漂移造成的相邻电台之间的干扰是一个常见问题.
非常早期的贝尔实验室来自维创国际收藏的晶体
晶体振荡器是一种电子振荡器电路,它使用压电谐振器晶体作为频率确定元件.晶体是电子学中常用的频率术语-
测定元件,石英晶体或陶瓷晶片,其上连接有电极.更准确的说法是压电谐振器.晶体也用于其他类型的电子电路,如晶体滤波器.
压电谐振器作为单独的元件出售,用于晶体振荡器电路.图中显示了一个例子.它们通常与晶体振荡器电路一起集成在一个封装中,如右侧所示.

西屋公司在其旗舰电台KDKA安装了一个有源晶振,到1926年,石英晶体被用来控制许多广播电台的频率,并受到业余无线电运营商的欢迎.
1928年,贝尔电话实验室的沃伦•马里奥森开发了第一个石英晶体时钟.在30年内(30毫秒/年,或7秒),[石英钟取代精密摆钟成为世界上最精确的计时器,直到20世纪50年代原子钟得到发展.利用贝尔实验室的早期工作,AT&T最终建立了他们的频率控制产品部门,后来分离出来,今天被称为维克特隆国际公司.在此期间,许多公司开始生产电子用石英晶体.使用现在被认为是原始的方法,美国在1939年生产了大约10万个晶体单位.二战期间,水晶是由天然石英晶体制成的,几乎全部来自巴西.战争期间,由于对军用和海军无线电和雷达进行精确频率控制的需求而导致晶体短缺,这刺激了战后对人造石英培养的研究.
到1950年,贝尔实验室开发了一种工业规模的热液石英晶振生长工艺.到20世纪70年代,几乎所有用于电子产品的晶体都是合成的.

1968年,于尔根•斯陶德在北美航空公司(现在的洛克威尔)工作时,发明了一种制造石英晶体振荡器的光刻工艺,这种工艺使石英晶体振荡器可以做得足够小,可以用于手表等便携式产品.尽管晶体振荡器仍然最常用石英晶振,但使用其他材料的器件正变得越来越普遍,例如陶瓷谐振器.晶体是一种固体,其中组成原子,分子或离子以规则有序,重复的模式在所有三个空间维度上排列.几乎任何由弹性材料制成的物体都可以像晶体一样使用,带有适当的传感器,因为所有物体都有固有的振动共振频率.例如,钢非常有弹性,并且有很高的声速.在石英出现之前,它通常用于机械过滤器.共振频率取决于材料的大小,形状,弹性和声速.高频晶体通常被切割成简单的矩形板的形状.低频晶体,例如那些用于数字手表的,通常被切割成音叉的形状.对于不需要非常精确定时的应用,通常使用低成本陶瓷谐振器来代替石英晶体.
当石英晶体被正确切割和安装时,通过向晶体附近或晶振上的电极施加电压,可以使其在电场中变形.这种性质被称为电致伸缩或逆压电.当电场被移除时,石英在恢复到其先前形状时产生电场,这可以产生电压.其结果是石英晶体的行为就像RLC电路,由电感,电容和电阻组成,具有精确的谐振频率.
石英的另一个优点是,它的弹性常数和尺寸的变化使得频率对温度的依赖性非常低.具体特征取决于振动模式和石英切割的角度(相对于其晶轴).因此,取决于其尺寸的板的共振频率变化不大.这意味着石英钟,声表面滤波器或振荡器保持精确.对于关键应用,石英振荡器安装在温控容器中,称为晶体炉,也可以安装在减震器上,以防止外部机械振动的扰动.

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