石英晶体详细资料大全

石英晶体详细资料大全
石英晶体的化学成分为SiO2，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。

广义的石英还包括高温石英（b-石英）。

低温石英常呈带尖顶的六方柱状晶体产出，柱面有横纹，类似于六方双锥状的尖顶实际上是由两个菱面体单形所形成的。

石英集合体通常呈粒状、块状或晶簇、晶腺等。

纯净的石英无色透明，玻璃光泽，贝壳状断口上具油脂光泽，无解理。

受压或受热能产生电效应。

基本介绍
•中文名：石英晶体
•外文名：Quartz Crystal
•别称：水晶
•类别：二氧化矽矿物
•化学式：SiO2
•颜色：无色
•光泽：玻璃光泽
•透明度：透明
•晶系：三方晶系
•硬度：7
•矿物密度：2.65克/立方厘米
•比重：2.22-2.65
•套用：饰品、钟表、电子、
•分布：1750℃
简介,物理特性,材料套用,技术指标,常规指标,寄生回响,
简介
石英因粒度、颜色、包裹体等的不同而有许多变种。

无色透明的石英称为水晶，紫色水晶俗称紫晶，烟黄色、烟褐色至近黑色的俗称茶晶、烟晶或墨晶，玫瑰红色的俗称芙蓉石；呈肾状、钟乳状的隐晶质石英称石髓，具不同颜色同心条带构造的晶腺叫玛瑙，玛瑙晶腺内
部有明显可见的液态包裹体的俗称玛瑙水胆，细粒微晶组成的灰色至黑色隐晶质石英称燧石，俗称火石。

石英的用途很广。

无裂隙、无缺陷的水晶单晶用作压电材料，来制造石英谐振器和滤波器。

一般石英可以作为玻璃原料，紫色、粉色的石英和玛瑙还可作雕刻工艺美术的原料。

压电材料烟晶石英是最重要的造岩矿物之一，在火成岩、沉积岩、变质岩中均有广泛分布。

巴西是世界著名的水晶出产国，曾发现直径2.5米、高5米、重达40余吨的水晶晶体
物理特性
晶系：六方晶系晶体：等轴状、柱状、六方双锥面形集合体型态：块状、粗粒状、钟乳状、结核状硬度：摩氏硬度为7 解理/断口：贝壳状断口光泽：玻璃光泽颜色：无、白，带有点灰、黄到橙黄、紫、深紫、粉红、灰褐、褐、黑条痕：白色比重：2.65 ~ 2.66 其他：（1）具脆性（2）具有热电性（3）折射率1.533 ~ 1.541,双折射率差0.009，色散0.013 （4）石英具有强烈的压电性（Piezoelectric property），即用力敲击摩擦时会产生火花，这也就是燧石取火的方法。

（5）石英内常见的包裹体有：发晶（Hair crystal）－主要是金红石；草入水晶－主要为电气石；水胆水晶－石英中有液态包裹体；青石英－内含浅蓝色金红石针状物；乳石英－由细水孔洞引起混浊状；绿石英－由板状或碎片状的绿泥石组成，有时可能是绿色针状的阳起石；砂金石（Aventurine）－石英岩内部含有绿色或红褐色的云母细片，又名耀石英，俗称东陵石。

常见烟黑色至暗褐色的烟水晶，主要是这些岩类含有较多量具有放射性之铀、钍元素的关系。

材料套用
石英晶体是一种重要的电子材料。

沿一定方向切割的石英晶片，当受到机械应力作用时将产生与应力成正比的电场或电荷，这种现象称为正压电效应。

反之，当石英晶片受到电场作用时将产生与电场成正比的应变，这种现象称为逆压电效应。

正、逆两种效应合称为压电效应。

石英晶体不仅具有压电效应，而且还具有优良的机械特性、电学特性和温度特性。

用它设计制作的谐振器、振荡器和滤波器等，在稳频和选频方面都有突出的优点。

技术指标
常规指标
·标称频率：晶体元件规范所指定的频率。

·调整频差：基准温度时，工作频率相对于标称频率的最大允许偏离。

常用ppm（1/10）表示。

·温度频差：在整个温度范围内工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离。

常用ppm（1/10）表示。

·谐振电阻（Rr）：晶体元件在串联谐振频率Fr时的电阻值。

·负载电容（CL）：与晶体元件一起决定负载谐振频率FL的有效外界电容·静态电容（C0）等效电路静态臂里的电容。

它的大小主要取决于电极面积、晶片厚度和晶片加工工艺。

它的常用计算公式为：C0=KC0×Ae×F0+C常数 KC0——电容常数，其取值与装架形式、晶片形状有关; Ae——电极面积，单位mm；F0——标称频率，单位KHz；C常数——常数，单位pF; ·动态电容（C1）等效电路中动态臂里的电容。

它的大小主要取决于电极面积，另外还和晶片平行度、微调量的大小有关。

它的常用公式为：C1=KC1×Ae×F0+C常数KC1——电容常数；Ae——电极面积，单位mm; F0——标称频率，单位KHz; C常数——常数，单位pF; ·动态电感（L1）等效电路中动态臂里的电感。

动态电感与动态电容是一对相关量，它的常用公式为：L1=1/(2πF0）2C1 (mH) ·串联谐振频率（Fr）晶体元件电气阻抗为电阻性的两个频率中较低的一个。

·负载谐振频率（FL）晶体元件与一负载电容串联或并联，其组合阻抗为电阻性的两个频率中的一个频率。

·品质因数（Q）品质因数又称机械Q值，它是反映谐振器性能好坏的重要参数，它与L1和C1有如下关系Q=wL1/Rr=1/wRrC1 如上式，R1越大，Q值越低，功率耗散越大，而且还会导致频率不稳定。

反之Q值越高，频率越稳定。

·相对负载频率偏置（DL）晶体负载谐振频率相对于串联谐振频率的变化量DL=(FL-Fr)/Fr，可由下式近似计算：DL≈C1/2（C0+CL）·相对频率牵引范围（DL1,L2）晶体在两个固定负载间的频率变化量。

D(L1,L2)=│(FL1-FL2)/Fr│=│C1(CL2-
CL1)/2(C0+CL1)(C0+CL2)│ ·牵引灵敏度（TS）晶体频率在一固定负载下的变化率。

TS≈-C1 *1000/2*（C0+CL）2 ·激励电平相关性
（DLD）由于压电效应，激励电平强迫谐振子产生机械振荡，在这个过程中，加速度功转化为动能和弹性能，功耗转化为热。

后者的转换是由于石英谐振子的内部和外部的摩擦所造成的。

摩擦损耗与振动质点的速度有关，当震荡不再是线性的，或当石英振子内部或其表面及安装点的拉伸或应变、位移或加速度达到临界时，摩擦损耗将增加。

因而引起频率和电阻的变化。

加工过程中造成DLD不良的主要原因——谐振子表面存在微粒污染。

主要产生原因为生产环境不洁净或非法接触晶片表面；——谐振子的机械损伤。

主要产生原因为研磨过程中产生的划痕。

——电极中存在微粒或银球。

主要产生原因为真空室不洁净和镀膜速率不合适。

——装架是电极接触不良；——支架、电极和石英片之间存在机械应力。

寄生回响
所有晶体元件除了主回响（需要的频率）之外，还有其它的频率回响。

减弱寄生回响的办法是改变晶片的几何尺寸、电极，以及晶片加工工艺，但是同时会改变晶体的动、静态参数。

·寄生回响的测量⑴SPDB 用DB表示Fr的幅度与最大寄生幅度的差值；⑵SPUR在最大寄生处的电阻；⑶SPFR 最小电阻寄生与谐振频率的距离，用Hz或ppm表示。