自然界中的礦物晶體有幾百種,但只有少部分被人類反復(fù)利用,更多的是因?yàn)橥獗砩势G麗,或因晶瑩透明而被做成飾品,大部分因?yàn)闆]有特殊的功能和外觀,并沒受到人們的重視.石英晶振和石英晶體振蕩器的原材料,是部分具有壓電性質(zhì)的石英和水晶,當(dāng)?shù)谝活w晶體被成功制造出來,并用于電子產(chǎn)品中之后,越來越多的人加入這個(gè)行業(yè),十幾種有壓電效應(yīng)的礦物晶體被大量采集.為了控制人工開采的成本,和滿足市場需求大規(guī)模生產(chǎn),科學(xué)家們合成了人工晶體,不僅材料成本低,使用方便,其加工后的性能比天然的石英水晶更高更好.
我們居住的大部分地殼都是礦物質(zhì).我們周圍的石頭和沙子都是礦物質(zhì).地球上最豐富和普遍分布的礦物是石英.這是一種已經(jīng)存在了數(shù)億年的礦物,幾個(gè)世紀(jì)以來一直深深扎根于現(xiàn)代文明之中.晶體諧振器在尖端技術(shù)中仍然是不可或缺的.石英是二氧化硅(SiO2)的礦物,其中具有晶面的晶體被稱為”石英”.構(gòu)成晶體的二氧化硅包含在火山爆發(fā)期間吹出的”巖漿”中.當(dāng)巖漿噴射到地表時(shí),它迅速冷卻并凝固成熔巖,但此時(shí)水分離.水中含有豐富的二氧化硅,它積聚在巖石的裂縫和空洞中,經(jīng)多年冷卻后結(jié)晶成”水晶”.

石英是一種對(duì)人類最熟悉的有吸引力的礦物質(zhì),自古以來就被用作祈禱的儀式工具和裝飾,因?yàn)樗该鞫衩?法國物理學(xué)家居里兄弟于1880年發(fā)現(xiàn)這種水晶是一種美麗的物體,具有優(yōu)良的電性能.這種電特性通常被稱為壓電現(xiàn)象.這意味著施加壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流,如圖1所示.相反,當(dāng)如圖2所示施加電(電壓)時(shí),晶體變形(振動(dòng)).由于壓電和反向壓電現(xiàn)象,石英器件產(chǎn)生一定的頻率,產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率.石英晶體諧振器具有獨(dú)特的振動(dòng)模式,該模式由晶體元件的切割角度決定.典型的振動(dòng)模式包括厚度剪切振動(dòng)和彎曲振動(dòng).

壓碎的天然水晶根據(jù)其透明度進(jìn)行分級(jí).雖然它被分為約5個(gè)等級(jí),但人造石英使用2到3個(gè)等級(jí).如果透明性差,則在生長期間含有裂縫和母液,并且由于鐵,鈉,鈣,鉀,氯和氟等不需要的成分增加而不好.但是,如果透明度高,則鋁的量將變得非常大.這是因?yàn)樘烊桓咂焚|(zhì)石英通過加入鋁而生長.因此,透明和不透明之間的中間雜質(zhì)很少,2至3級(jí)適合于生長人造石英.

石英水晶振子是無源元件,它利用石英的壓電特性產(chǎn)生恒定的頻率,具有非常穩(wěn)定和高精度.在陶瓷基底殼中,將晶體切割并拋光至預(yù)定的厚度和尺寸,沉積電極,填充惰性氣體,并用金屬蓋覆蓋以密封它.雖然結(jié)構(gòu)簡單,但加工這種底板的技術(shù)非常困難,技術(shù)能力也是一個(gè)問題.AT切割基板的頻率和厚度之間的關(guān)系由該公式表示:

頻率越高,襯底越薄.基板很薄,即頻率高,10微米,1/100毫米,這是頭發(fā)厚度的1/10.而且,基板的外形小于1mm.由于無源晶振單元不具有振蕩電路,因此無論是無線電波(頻率)還是信號(hào)都不能輸出.晶體振蕩器是晶體單元和振蕩電路的組合.結(jié)果,可以振蕩所需的頻率.另外,通過電氣校正晶體對(duì)溫度的影響,可以改變頻率穩(wěn)定性,并且可以大大提高頻率的穩(wěn)定性.
創(chuàng)建精確穩(wěn)定的信號(hào)(頻率)是一種晶體器件.該信號(hào)(頻率)用作參考信號(hào),并且晶體用于各種場景.來自世界各地的各種高質(zhì)量信息豐富了我們的生活.從時(shí)鐘晶體器件的精確和穩(wěn)定振動(dòng)獲得的信號(hào)用于快速和準(zhǔn)確地(信息通信)和處理(信息處理)傳送大量信息.很簡單,石英的優(yōu)異穩(wěn)定性支持現(xiàn)代先進(jìn)的信息社會(huì).因此,我們稱之為”電子鹽”.”鹽”是生活中不可或缺的,水晶也是電子產(chǎn)品必不可少的.此外,晶體器件不僅用作參考信號(hào)源,還具有選擇所需頻率的濾波器功能和檢測(cè)微小質(zhì)量變化的功能.

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