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石英是由硅原子和氧原子組合而成的二氧化硅(Silicon Dioxide, SiO2), 以32點群的六方晶系形成的單結晶結構﹝圖一﹞.單結晶的石英晶體結構具有壓電效應特性, 當施加壓力在晶體某些方向時, 垂直施力的方向就會產生電氣電位. 相對的當以一個電場施加在石英晶體某些軸向時, 在另一些方向就會產生變形或振動現象. 掌握單結晶石英材料的這種壓電效應, 利用其發生共振頻率的特性, 發揮其精確程度作為各類型頻率信號的參考基準, 就是水晶震蕩器的設計與應用. 因為石英晶體具有很高的材料Q值,所以絕大部份的頻率控制組件,如共振子及振蕩器,都以石英材料為基礎. 以石英為基礎的頻率控制組件可以依其壓電振動的屬性, 可以分為體波(bulk wave)振動組件及表面聲波(surface acoustic wave)振動組件. 體波振動組件如石英晶體共振子, 石英晶體濾波器及石英晶體振蕩器, 表面波振動組件如表面波濾波器及表面波共振子. 當石英晶體以特定的切割方式, 以機械加工方式予以表面研磨, 完成特定的外型尺寸就是通稱的石英芯片(quartz wafer 或 quartz blank ). 將這個石英芯片放置在真空還境中, 于表面鍍上電極后,再以導電材料固定在金屬或是陶瓷基座上, 并加以封裝, 就成為一般所謂的石英晶體共振子( quartz crystal resonator ). 利用石英共振子在共振時的低阻抗特性及波的重迭特性, 用鄰近的雙電極, 可以做出石英晶體濾波器. 將石英振蕩子加上不同的電子振蕩線路, 可以做成不同特性的石英振蕩器. 例如: 石英頻率振蕩器(CXO), 電壓控制石英晶體振蕩器 (Voltage Controlled Crystal Oscillator, VCXO), 溫度補償石英晶體振蕩器(Temperature Compensated Crystal Oscillator, TCXO), 恒溫槽控制石英晶體振蕩器(Oven Controlled Crystal Oscillator, OCXO)…等. 相對于體波諧振的是表面聲波的諧振.將石英晶體表面鍍以叉狀電極(inter-digital-transducer, IDT)方式所產生的表面振蕩波, 可以制造出短波長(高頻率)諧振的表面聲波共振子(SAW Resonator)或表面聲波濾波器(SAW Filter).

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石英晶体与频率控制元件 | 技术支持
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