石英晶体谐振器和石英晶体的压电效应

石英晶体谐振器基础

石英晶体谐振器XTAL技术的运作依赖于石英的优秀性能。当放置到电子电路中时，石英晶体会充当调谐电路。但是，它具有很高的Q。如果精心设计和构造，普通的LC调谐电路可能会显示数百个值，但石英晶体的显示值可能会高达100000。除Q之外，晶体技术还具有许多其他优势。它们在温度和时间方面非常稳定。实际上，大多数晶体都会指定这些数字，并且对于老化，它们通常每年为±5 ppm（百万分之一），在0至60°C的温度范围内，则为±30 ppm。

在操作中，石英晶体利用压电效应将电信号转换为机械振动。这些使晶体振动，然后晶体的机械共振作用于机械振动。压电效应然后链接回电域，并且信号在受到机械共振影响后被转换回去。总体效果是，石英晶体将非常高的Q机械共振与电域相关联，从而能够实现非常稳定且非常高的Q共振来影响电信号。

石英中的压电效应

在电子元件中使用石英的主要原因是压电效应。尽管石英具有许多其他特性吸引了许多珠宝首饰，但正是电学特性，尤其是压电效应意味着石英在电子电路设计，尤其是许多RF设计中特别有用。作为电子元件，石英能够作为谐振元件发挥出很高的性能。特别地，压电效应通过在经受机械应力的晶体侧面上出现电势而显现出来。类似地，当在晶体上放置电势时，可以看到轻微的变形。

其原因是，用于不同材料的晶格以稍微不同的方式构建。对于任何晶体物质，晶格都是由大量重复的相同基本原子块或单位晶胞组成的，它们以有序的方式排列。

在大多数晶格中，晶胞是对称的，但对于压电材料而言并非如此。对于压电材料，晶体是电中性的，因为它们的电荷完*平衡：一个位置的正电荷会抵消附近的负电荷。

但是，如果压电晶体变形，则这会将一些原子推到更近的位置，而另一些原子则可能彼此分开。这扰乱了正电荷和负电荷的平衡，并导致出现净电荷。在晶体的整个结构中都会发生这种效应，从而在相对的外表面上产生净正电荷和负电荷。

压电效应实际上在两个方向上起作用-如果晶体变形，则电势会出现在表面上，类似地，如果在晶体两端施加电势，则它将变形。当用作石英无源晶体谐振器时，来自电路的电脉冲会转换为机械振动，这些振动会出现在晶体本身上。这些振动受晶体的非常高的Q机械共振影响，然后效应再次反射回电域。

终的结果是，可以使用很高的Q机械共振来有效地作用于电信号。 石英是一种非常特殊的材料。尽管许多晶体看起来非常漂亮，并且以珠宝的形式被起诉，但电气方面也非常重要，可以制造和使用非常高Q的电谐振器。这些是其他任何模拟电子组件所不平等的。