什么是水晶？

从"水晶"到"工业盐"

晶体长期以来一直被称为"水晶",并因其透明性和硬度而受到尊重,并由于其神秘性而被用作魔术球。它仍然经过抛光,被视为女性的项链和戒指。这种晶体改变其形状,并在我们周围广泛用作晶体产品。然后,它代替了珍贵的天然晶体,作为由人造晶体制成的晶体装置被公诸于世,与称为工业大米的半导体一起成为不可缺少的存在,被称为"工业盐"。

压电现象

逆压电现象

石英表

石英表是最熟悉的。它曾经是机械表,但石英表的精确度要高出300倍以上。这是本发明的晶体振荡器和IC的结果,并且32.768kHz是晶体振荡器的典型频率。如果继续用IC将32768K晶振除以1/2,则每秒将得到1个脉冲（1Hz）,这是时钟的标准。一个脉冲使秒针前进一秒钟。

晶体压电现象及作用

压电现象是1880年由法国物理学家居里兄弟发现的。
（1）当对晶体施加机械压力时,在表面上产生电。（氧电现象）
（2）相反,当施加电（电压）时,机械地发生变形。（逆压电现象）
作为常见的压电现象的一个例子,是打火机,煤气灶等的点火方式。通过按下或旋转按钮并单击它,机械压力会施加到压电陶瓷上,结果会产生电（火花）并被点燃。晶体振荡器使用了这种现象。

可以确认压电现象的材料除晶体外还包括陶瓷,但是与这些材料相比,是可以获得的最简单,最准确和最稳定的频率,因此它们是所有设备必不可少的电子组件。 ,已被使用。晶体将精确的机械振动转换为电信号,并用于各种IC同步参考信号,视频颜色参考信号,手表等。没有晶体设备,高性能计算机将成为"盒子",成为现代社会必不可少的核心组成部分。这样的晶体器件包括晶体振荡器,晶体振荡器,晶体滤波器,SAW器件和光学器件。

晶体单元-石英晶体单元

切割方向

震动模式

晶振属于三角系统,点组32。物理性质（具有3个反射轴和2个对称轴）是密度2.654 g / cm3蛾硬度7,α-β相变温度为573°C,在此温度下为α-石英。因此,它变成没有压电的六角形β石英。晶体振荡器具有出色的频率温度特性,因为它在从室温到大约AT切割和GT切割的宽温度范围内具有零温度系数。另外,因为它是在物理和化学上极其稳定的物质,所以它具有优异的老化特性,并且其频率变化非常小。凭借这些出色的频率稳定性,它可以用作准确的参考信号,同时并快速处理通讯设备（例如手机和收音机）以及消费类设备（例如电视,视频,数码相机和个人计算机）中的大量信息。我会。它还广泛用作手表和秒表等时间和时间参考。

晶体切割方向,频率,振动模式

晶体换能器由于其结晶度和压电性而具有各种振动模式,其中一些具有零温度系数。频率是诸如厚度滑差振荡器（AT cut,BT cut）之类的以厚度为参数的振荡器,诸如声叉型晶体振荡器之类的以音叉臂的长度和宽度为参数的振荡器,以及轮廓滑差（轮廓滑差）。确定频率的参数因振动模式而异,例如,振动器的参数是正方形的一侧的长度,例如CT切割和DT切割。这些过程大致分为两种：机械过程和化学过程。

由于每种振动模式的频率范围和电气性能都不同,因此有必要根据所使用的模块正确使用它们。

晶体振荡器-晶体振荡器

晶体振荡器根据其功能分为几种类型。（注意：文本中的" X'tal"是Cristal的缩写）

SPXO（简单封装的X'tal振荡器）

SPXO有时简称为XO。晶体换能器也用作滤波器和传感器,但它们通常在电路中用作振荡器。SPXO是集成晶体振荡器和振荡电路的最简单的振荡器。晶体振荡器具有温度特性,但振荡电路也具有轻微的温度特性。另外,通过将晶体振荡器与特定的振荡电路集成在一起,影响振荡频率的负载电容也变为固定值,因此通过使用SPXO,可以掌握这些元件的整体特性。我能做到。尤其是在高频情况下,可以使用晶体振荡而无需进行模拟设计。

TCXO（温度补偿X'tal振荡器）

TCXObetway888官网 是通过将晶体振荡器的温度特性和恰好相反的电路特性组合在一起,它输出的信号的稳定性要比单独的晶体振荡器高得多。近年来,由于IC电路的引入,其尺寸几乎与晶体振荡器的尺寸相同。在我们的日常生活中,TCXO被用于许多移动电话中。

VCXO（电压控制X'tal振荡器）

VCXO压控晶振是通过外部施加的电压来控制振荡器的输出频率。它通常用于PLL电路,并用于通信中继设备和各种工业设备。

OCXO（烤箱控制X'tal振荡器）

OCXO是最精确的晶体振荡器,因此有时被称为高度稳定的振荡器。晶体振荡器的温度特性不是直的,并且通过相对于温度绘制电弧来使用在高温范围内温度梯度变为零的晶体振荡器,并且通过加热器将晶体振荡器保持在该温度恒定。事情。由于它比其他晶体振荡器消耗更多的电流,因此可用于移动电话基站,广播设备和测量仪器中。

晶体振荡器的类型和频率稳定性

水晶滤镜-水晶滤镜

晶体过滤器可行范围

晶体滤波器是使用晶体振荡器的滤波器,该晶体振荡器具有针对温度变化的稳定且陡峭的谐振特性,并且具有几千赫兹至几百兆赫兹的标称频率以及几十赫兹至几百千赫兹的通过带宽。直通滤波器用于无线通信设备和有线传输设备中。晶体滤波器大致分为以下离散晶体滤波器和整体晶体滤波器。

分立晶体过滤器

它也被称为通用晶体滤波器,它是一个或多个晶体振荡器,线圈和电容器的组合,并被封装在一个外壳中,电路结构主要是Yarman电路。

单片晶体滤波器（MCF）

在单晶板上使用两对以上的电极,并由于电极间的声耦合而利用多重共振特性的滤波器,由于与离散型相比设计和制造上的限制更大,因此是可行的。尽管特性范围（标称频率,通过带宽等）很窄,但一块晶振板可以用作多个晶振转换器,并且由于它不使用需要线圈的Yarman电路,因此具有体积小,重量轻的特点。是。

声表面波装置-表面声学装置

在日语中,它称为弹性表面波元件。弹性表面波是在弹性体（固体）的表面上传播的波。

声表面波的特点

（1）即使在振动模式下也要处理高频（60MHz或更高）。
（2）电极是梳状电极,具有独特的形状。

声表面波激励方法

SAW通过施加电场来激发放置在独特形状的压电基板上的IDT。IDT是（Interdigital Transducer）的缩写,在日语中被称为梳状电极。如果IDT的中心频率为f,IDT的周期为2d,并且表面波的传播速度为v,则存在
v = 2d×f
的关系。表面波的传播速度取决于基板材料而具有不同的值,并且在ST晶体切割的情况下,其具有约3100m / sec的值。

关于声表面波的使用范围

SAW器件用作消费类设备中的滤波器和谐振器。

IDT中心频率与传播速度之间的关系	声表面波激励方法

光学设备-光学设备

晶体具有将一束光束分成两束并改变光的振动方向的功能。这被描述为具有复合折射,偏转和转移。利用这些特性的光学设备包括用于摄像机和数码相机的光学低通滤波器,以及用于光盘和光磁盘设备的相位板（波长板）。

光学低通滤镜（双折射板）

使用单个CCD或CMOS传感器的彩色相机使用分色滤镜来再现颜色,因此,如果传输的条纹图案比特定水平要细,即使输出图像实际上并未着色,也会将其着色。将到达。为了消除这些障碍,使用将一束光线分成两束的双折射板（光学低通滤镜）将条纹图案模糊到一定程度。细条纹→高（空间）频率。条纹图案粗糙→（空间）频率低。

相板（波长板）

垂直于光轴入射的光以相同的方向传播,但振动方向相差90°（正常光和异常光：速度不同）时,穿过晶体板。通过改变晶体板的厚度,可以通过改变当两个光从晶体板出来时的相位差来改变偏振态。（线性偏振,圆偏振,椭圆偏振光）利用这种特性,晶体被用作CD,DVD等光学拾取器的1/4波长板和1/2波长板。

光学低通滤波器原理图

1/4波长版本的原理图	1/2波长版本原理图

人造晶体-合成石英晶体

大型养殖炉示意图

通过水热合成法生长的α晶体的单晶。人工晶体处于成年状态或腰部加工状态,左晶体或右晶体。

如何种植人造晶体

它是通过水热合成法,使用称为高压釜的高温高压容器制造的。原理是人为地复制类似于地壳内部自然晶体生长过程的环境,并且可以在非常短的时间内以高产量获得晶体晶体。

对流控制板将高压釜分为上下两个腔室。上部是附着有籽晶的晶体生长区域,下部是放置原料天然晶体（Lasca）的溶解区域。之后,将稀碱溶液（氢氧化钠或碳酸钠）注入高压釜中约80％的自由空间中,用加热器覆盖并加热。当高压釜的较高温度被加热至约300℃并且较低温度被加热至约400℃时,由于溶液的膨胀和压缩,压力升高至约140MPa。

在这样的高温高压环境下,下部原料开始溶解在碱性溶液中,成为SiO 2的饱和溶液。该饱和溶液由于热对流而上升,并由于高压釜的温度差而在上部生长区域中变得过饱和,并开始在籽晶上沉淀并生长。

之后,溶液下降到高压釜的底部,被加热,再次溶解原料,并通过对流上升。通过重复该过程,人造晶体连续生长。