石英晶体谐振器原理

石英是具有以下一系列特性的唯一材料：

? 压电特性（“压力—电的特性”）

? 具有零温度系数切型

? 具有应力补偿切型

? 低损耗（即高Q 值）

? 容易加工。在任何物质中的可溶性低，除了氟化物的腐蚀外，在“正常”条件下，坚硬而不易碎

? 在自然界中很丰富，易于大量生长，成本低，纯度和完整性均较高。在人工生长的单晶石英中，年产量在3000 顿以上，生长数量仅次于硅（到1997 年为止，年增长是硅的3

到4 倍）。

压电效应表明了石英晶体的力学性质和电学的耦合。直接压电效应由居里兄弟在1880 年发现的。他们指出，当把一重物放在一石英晶体上时，在晶体表面上出现了电荷，电荷量和重物的质量成正比。1881 年，用图解说明了反压电效应；当把电压加到晶体上时，由于压电效应引起的晶格应变而使晶体产生变形。当把电压反向时，应变也反向。因此，压电效应起到了电路与晶体机械特性之间的耦合作用。在适当条件下，“良好”的压电谐振器能够对振荡器电路起稳频的作用在32 种晶体中，有20 种具有压电效应（但在20 种中，只有很少几种有用）。压电晶体没有对称中心，当力使晶格形变时，晶体中正负电荷的重心可能被分开而产生表面电荷。图中所示为晶体压电效应的一个例子（根据Kelvin 的定性模型）。每个硅原子用+号表示，每个氧原子用—号表示。当受到应变而使晶体沿Y 方向伸长时，负电荷就向左移动，而正电荷就向右（沿X 轴）移动当石英晶体有对称中心，即石英晶体时各向同性时，就不会产生压电效应。然而电致伸

缩存在于所有的电介质固体中。在应用电场中的二次变形（尽管压电效应是线性的；随着电场的反转，变形也会反转）偏电致伸缩，弱电场的变化重叠于恒定分量，这个现象与线性压电等价；这个技术能被用于非压电石英晶体，例如硅，但耦合依赖于偏轴。