什么是水晶？

從“水晶”到“工業(yè)鹽”

晶體長期以來一直被稱為“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術(shù)球。它仍然經(jīng)過拋光，被視為女性的項(xiàng)鏈和戒指。這種晶體改變其形狀，并在我們周圍廣泛用作晶體產(chǎn)品。然后，它代替了珍貴的天然晶體，作為由人造晶體制成的晶體裝置被公諸于世，與稱為工業(yè)大米的半導(dǎo)體一起成為不可缺少的存在，被稱為“工業(yè)鹽”。

壓電現(xiàn)象

逆壓電現(xiàn)象

石英表

石英表是最熟悉的。它曾經(jīng)是機(jī)械表，但石英表的精確度要高出300倍以上。這是本發(fā)明的晶體振蕩器和IC的結(jié)果，并且32.768kHz是晶體振蕩器的典型頻率。如果繼續(xù)用IC將32768K晶振除以1/2，則每秒將得到1個脈沖（1Hz），這是時(shí)鐘的標(biāo)準(zhǔn)。一個脈沖使秒針前進(jìn)一秒鐘。

晶體壓電現(xiàn)象及作用

壓電現(xiàn)象是1880年由法國物理學(xué)家居里兄弟發(fā)現(xiàn)的。
（1）當(dāng)對晶體施加機(jī)械壓力時(shí)，在表面上產(chǎn)生電。（氧電現(xiàn)象）
（2）相反，當(dāng)施加電（電壓）時(shí)，機(jī)械地發(fā)生變形。（逆壓電現(xiàn)象）
　作為常見的壓電現(xiàn)象的一個例子，是打火機(jī)，煤氣灶等的點(diǎn)火方式。通過按下或旋轉(zhuǎn)按鈕并單擊它，機(jī)械壓力會施加到壓電陶瓷上，結(jié)果會產(chǎn)生電（火花）并被點(diǎn)燃。晶體振蕩器使用了這種現(xiàn)象。

可以確認(rèn)壓電現(xiàn)象的材料除晶體外還包括陶瓷，但是與這些材料相比，KDS晶振是可以獲得的最簡單，最準(zhǔn)確和最穩(wěn)定的頻率，因此它們是所有設(shè)備必不可少的電子組件。 ，已被使用。晶體將精確的機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電信號，并用于各種IC同步參考信號，視頻顏色參考信號，手表等。沒有晶體設(shè)備，高性能計(jì)算機(jī)將成為“盒子”，成為現(xiàn)代社會必不可少的核心組成部分。這樣的晶體器件包括晶體振蕩器，晶體振蕩器，晶體濾波器，SAW器件和光學(xué)器件。

晶體單元-石英晶體單元

切割方向

震動模式

晶振屬于三角系統(tǒng)，點(diǎn)組32。物理性質(zhì)（具有3個反射軸和2個對稱軸）是密度2.654 g / cm 3蛾　硬度7，α-β相變溫度為573°C，在此溫度下為α-石英。因此，它變成沒有壓電的六角形β石英。晶體振蕩器具有出色的頻率溫度特性，因?yàn)樗趶氖覝氐酱蠹sAT切割和GT切割的寬溫度范圍內(nèi)具有零溫度系數(shù)。另外，因?yàn)樗窃谖锢砗突瘜W(xué)上極其穩(wěn)定的物質(zhì)，所以它具有優(yōu)異的老化特性，并且其頻率變化非常小。憑借這些出色的頻率穩(wěn)定性，它可以用作準(zhǔn)確的參考信號，同時(shí)并快速處理通訊設(shè)備（例如手機(jī)和收音機(jī)）以及消費(fèi)類設(shè)備（例如電視，視頻，數(shù)碼相機(jī)和個人計(jì)算機(jī)）中的大量信息。我會。它還廣泛用作手表和秒表等時(shí)間和時(shí)間參考。

晶體切割方向，頻率，振動模式

晶體換能器由于其結(jié)晶度和壓電性而具有各種振動模式，其中一些具有零溫度系數(shù)。頻率是諸如厚度滑差振蕩器（AT cut，BT cut）之類的以厚度為參數(shù)的振蕩器，諸如聲叉型晶體振蕩器之類的以音叉臂的長度和寬度為參數(shù)的振蕩器，以及輪廓滑差（輪廓滑差）。確定頻率的參數(shù)因振動模式而異，例如，振動器的參數(shù)是正方形的一側(cè)的長度，例如CT切割和DT切割。這些過程大致分為兩種：機(jī)械過程和化學(xué)過程。

由于每種振動模式的頻率范圍和電氣性能都不同，因此有必要根據(jù)所使用的模塊正確使用它們。

晶體振蕩器-晶體振蕩器

晶體振蕩器根據(jù)其功能分為幾種類型。（注意：文本中的“ X'tal”是Cristal的縮寫）

SPXO（簡單封裝的X'tal振蕩器）

SPXO有時(shí)簡稱為XO。晶體換能器也用作濾波器和傳感器，但它們通常在電路中用作振蕩器。SPXO是集成晶體振蕩器和振蕩電路的最簡單的振蕩器。晶體振蕩器具有溫度特性，但振蕩電路也具有輕微的溫度特性。另外，通過將晶體振蕩器與特定的振蕩電路集成在一起，影響振蕩頻率的負(fù)載電容也變?yōu)楣潭ㄖ?，因此通過使用SPXO，可以掌握這些元件的整體特性。我能做到。尤其是在高頻情況下，可以使用晶體振蕩而無需進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)。

TCXO（溫度補(bǔ)償X'tal振蕩器）

TCXO溫補(bǔ)晶振是通過將晶體振蕩器的溫度特性和恰好相反的電路特性組合在一起，它輸出的信號的穩(wěn)定性要比單獨(dú)的晶體振蕩器高得多。近年來，由于IC電路的引入，其尺寸幾乎與晶體振蕩器的尺寸相同。在我們的日常生活中，TCXO被用于許多移動電話中。

VCXO（電壓控制X'tal振蕩器）

VCXO壓控晶振是通過外部施加的電壓來控制振蕩器的輸出頻率。它通常用于PLL電路，并用于通信中繼設(shè)備和各種工業(yè)設(shè)備。

OCXO（烤箱控制X'tal振蕩器）

OCXO是最精確的晶體振蕩器，因此有時(shí)被稱為高度穩(wěn)定的振蕩器。晶體振蕩器的溫度特性不是直的，并且通過相對于溫度繪制電弧來使用在高溫范圍內(nèi)溫度梯度變?yōu)榱愕木w振蕩器，并且通過加熱器將晶體振蕩器保持在該溫度恒定。事情。由于它比其他晶體振蕩器消耗更多的電流，因此可用于移動電話基站，廣播設(shè)備和測量儀器中。

晶體振蕩器的類型和頻率穩(wěn)定性

水晶濾鏡-水晶濾鏡

晶體過濾器可行范圍

晶體濾波器是使用晶體振蕩器的濾波器，該晶體振蕩器具有針對溫度變化的穩(wěn)定且陡峭的諧振特性，并且具有幾千赫茲至幾百兆赫茲的標(biāo)稱頻率以及幾十赫茲至幾百千赫茲的通過帶寬。直通濾波器用于無線通信設(shè)備和有線傳輸設(shè)備中。晶體濾波器大致分為以下離散晶體濾波器和整體晶體濾波器。

分立晶體過濾器

它也被稱為通用晶體濾波器，它是一個或多個晶體振蕩器，線圈和電容器的組合，并被封裝在一個外殼中，電路結(jié)構(gòu)主要是Yarman電路。

單片晶體濾波器（MCF）

在單晶板上使用兩對以上的電極，并由于電極間的聲耦合而利用多重共振特性的濾波器，由于與離散型相比設(shè)計(jì)和制造上的限制更大，因此是可行的。盡管特性范圍（標(biāo)稱頻率，通過帶寬等）很窄，但一塊晶振板可以用作多個晶振轉(zhuǎn)換器，并且由于它不使用需要線圈的Yarman電路，因此具有體積小，重量輕的特點(diǎn)。是。

聲表面波裝置-表面聲學(xué)裝置

在日語中，它稱為彈性表面波元件。彈性表面波是在彈性體（固體）的表面上傳播的波。

聲表面波的特點(diǎn)

（1）即使在振動模式下也要處理高頻（60MHz或更高）。
（2）電極是梳狀電極，具有獨(dú)特的形狀。

聲表面波激勵方法

SAW通過施加電場來激發(fā)放置在獨(dú)特形狀的壓電基板上的IDT。IDT是（Interdigital Transducer）的縮寫，在日語中被稱為梳狀電極。如果IDT的中心頻率為f，IDT的周期為2d，并且表面波的傳播速度為v， 則存在
　　　v = 2d×f
的關(guān)系。表面波的傳播速度取決于基板材料而具有不同的值，并且在ST晶體切割的情況下，其具有約3100m / sec的值。

關(guān)于聲表面波的使用范圍

SAW器件用作消費(fèi)類設(shè)備中的濾波器和諧振器。

IDT中心頻率與傳播速度之間的關(guān)系	聲表面波激勵方法

光學(xué)設(shè)備-光學(xué)設(shè)備

晶體具有將一束光束分成兩束并改變光的振動方向的功能。這被描述為具有復(fù)合折射，偏轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)移。利用這些特性的光學(xué)設(shè)備包括用于攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)低通濾波器，以及用于光盤和光磁盤設(shè)備的相位板（波長板）。

光學(xué)低通濾鏡（雙折射板）

使用單個CCD或CMOS傳感器的彩色相機(jī)使用分色濾鏡來再現(xiàn)顏色，因此，如果傳輸?shù)臈l紋圖案比特定水平要細(xì)，即使輸出圖像實(shí)際上并未著色，也會將其著色。將到達(dá)。為了消除這些障礙，使用將一束光線分成兩束的雙折射板（光學(xué)低通濾鏡）將條紋圖案模糊到一定程度。細(xì)條紋→高（空間）頻率。條紋圖案粗糙→（空間）頻率低。

相板（波長板）

垂直于光軸入射的光以相同的方向傳播，但振動方向相差90°（正常光和異常光：速度不同）時(shí)，穿過晶體板。通過改變晶體板的厚度，可以通過改變當(dāng)兩個光從晶體板出來時(shí)的相位差來改變偏振態(tài)。（線性偏振，圓偏振，橢圓偏振光）利用這種特性，晶體被用作CD，DVD等光學(xué)拾取器的1/4波長板和1/2波長板。

光學(xué)低通濾波器原理圖

1/4波長版本的原理圖	1/2波長版本原理圖

人造晶體-合成石英晶體

大型養(yǎng)殖爐示意圖

通過水熱合成法生長的α晶體的單晶。人工晶體處于成年?duì)顟B(tài)或腰部加工狀態(tài)，左晶體或右晶體。

如何種植人造晶體

它是通過水熱合成法，使用稱為高壓釜的高溫高壓容器制造的。原理是人為地復(fù)制類似于地殼內(nèi)部自然晶體生長過程的環(huán)境，并且可以在非常短的時(shí)間內(nèi)以高產(chǎn)量獲得晶體晶體。

對流控制板將高壓釜分為上下兩個腔室。上部是附著有籽晶的晶體生長區(qū)域，下部是放置原料天然晶體（Lasca）的溶解區(qū)域。之后，將稀堿溶液（氫氧化鈉或碳酸鈉）注入高壓釜中約80％的自由空間中，用加熱器覆蓋并加熱。當(dāng)高壓釜的較高溫度被加熱至約300℃并且較低溫度被加熱至約400℃時(shí)，由于溶液的膨脹和壓縮，壓力升高至約140MPa。

在這樣的高溫高壓環(huán)境下，下部原料開始溶解在堿性溶液中，成為SiO 2的飽和溶液。該飽和溶液由于熱對流而上升，并由于高壓釜的溫度差而在上部生長區(qū)域中變得過飽和，并開始在籽晶上沉淀并生長。

之后，溶液下降到高壓釜的底部，被加熱，再次溶解原料，并通過對流上升。通過重復(fù)該過程，人造晶體連續(xù)生長。