1.石英晶体的基础知识

  石英，学名二氧化硅，是自然界分布广的物质之一。它有五种变体(B石英、a石英、a磷石英、方石英、溶炼石英)，其中只有B石英才具有压电效应，当施加压力在晶片表面时，它就会产生电气电位，相对的当一电位加在芯片表面时，它就会产生变形或振动现象，掌握这种振动现象，控制其发生频率的快慢，以及精确程度，就是水晶震荡器的设计与应用。石英晶体的化学性质极为稳定，常温下不溶于盐酸、硝酸、硫酸等水和酸，只溶于氢氟酸。在加热时石英晶体能溶于碱溶液，这个特点成为人造水晶的基础。因此现在一般采用氟化氢氨对石英晶体进行腐蚀。

2.石英晶体的结构

  石英晶体的理想外型见图 1-1，从图中可以看出，石英晶体存在左旋与右旋之分，左、右旋晶体为镜像对称石英晶体的理想外型总共有三十个晶面，共分五组，每组六个，即: 六个 M 面(柱面)，六个R 面(大棱面)，六个r (小棱面)，六个 S 面和六个X 面，这些晶面间的夹角见表 1-1 .

  实际上理想的外型是很难见到的，尤其是人工培育的水晶，由于籽晶的切割方位及外型不同使我们看到的形状与上图大不相同，甚至面目全非，各种结晶面不易辨认。

3.石英晶体谐振器的特性

  等效电路 如图 1-2 :

  工作原理:晶体振荡器电路有反馈型和负阻性两种，通常用反馈型振荡电路，其工作原理如图 1-3:

  主要技术要求 主要内容包括:工作频率、输出电平和输出阳抗、频率准确度、频率稳定度、老化率、频率微调范围、压控特性、开机特性、功率消耗

4.石英晶体谐振器工作原理

  如果把交变电压施加于石英晶片两个电极之间，当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一致时，通过逆压电效应，晶片便产生机械振动。同时又通过正压电效应而输出电信号。一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。

5.电气特性

  电气特性

1 ) 谐振特性

  通过晶片的电流I随外加讯号频率f而改变，当 F=fm 时，电流有比较大值Im ，这时谐振器阻抗比较大小。当f=fa 时，电流比较大小值为In ，这时谐振器阻抗比较大。当谐振器机械损耗很小时，fm 、fa 与谐振 fr 及反谐振频率fa 近似相等.

  一般石英谐振器 fm 和 fa 可近似地看做谐振频率和反谐振频率。

  在谐振频率附近，石英晶体谐振器和由LC 组成的串联电路的谐振特性是完全相同的。

2）频率温度特性

  石英晶体谐振器和频率随温度变化的关系称做频率温度特性。

  图 1-5 是厚度曲变 A 型切割频率温度特性曲线，从其切割角度之参数曲线图可看出，AT 切割频率温度特性曲线，类似于一元一次方程式的曲线，显示在特定的温度范围内，有很好的频率稳定特性，是目前水晶振荡器常使用的切割型式

3) 老化特性

  ( 1)石英晶体谐振器在使用、贮存过程中频率随时间变化的现象称为 老化 。老化特性直接影响晶体振荡器的频率稳稳定度。

  ( 2) 老化原因: 由于应力的恢复、质量吸附或这两者结合而形成的。