石英晶体介绍(陈雅凤)

石英晶体基础知识

石英晶体基础知识石英，学名二氧化硅。

是自然界分布最广的物质之一。

它有五种变体（β石英、α石英、α磷石英、方石英、溶炼石英），其中只有β石英才具有压电效应，当施加压力在晶片表面时 , 它就会产生电气电位 , 相对的当一电位加在芯片表面时 , 它就会产生变形或振动现象 , 掌握这种振动现象 , 控制其发生频率的快慢 , 以及精确程度 , 就是水晶震荡器的设计与应用。

石英晶体的化学性质极为稳定，常温下不溶于盐酸、硝酸、硫酸等水和酸，只溶于氢氟酸。

在加热时石英晶体能溶于碱溶液，这个特点成为人造水晶的基础。

因此现在一般采用氟化氢氨对石英晶体进行腐蚀。

石英晶体的理想外型见图1-1 ，从图中可以看出，石英晶体存在左旋与右旋之分，左、右旋晶体为镜像对称。

石英晶体的理想外型总共有三十个晶面，共分五组，每组六个，即：六个 M 面（柱面），六个 R 面（大棱面），六个 r （小棱面），六个 S 面和六个 X 面，这些晶面间的夹角见表 1-1 。

实际上理想的外型是很难见到的，尤其是人工培育的水晶，由于籽晶的切割方位及外型不同使我们看到的形状与上图大不相同，甚至面目全非，各种结晶面不易辨认。

水晶常见的缺陷有：双晶、包裹体、裂隙、炸裂、贝裂等如果把交变电压施加于石英晶片两个电极之间，当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一致时，通过逆压电效应，晶片便产生机械振动。

同时又通过正压电效应而输出电信号。

一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。

等效电路如图 1-2 ：工作原理：晶体振荡器电路有反馈型和负阻性两种，通常用反馈型振荡电路，其工作原理如图 1-3 ：主要技术要求主要内容包括：工作频率、输出电平和输出阻抗、频率准确度、频率稳定度、老化率、频率微调范围、压控特性、开机特性、功率消耗。

1 ）谐振特性通过晶片的电流 I 随外加讯号频率 f 而改变，当 F=fm 时，电流有最大值 Im ，这时谐振器阻抗最小。

当 f=fa 时，电流最小值为 In ，这时谐振器阻抗最大。

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。

石英晶体元器件简介演示

技术创新
未来石英晶体元器件将不断涌现出新的技术创新，推动市场不断升级和变革。
行业整合
随着市场竞争的加剧，石英晶体元器件行业将出现整合现象，优势企业将进一步巩固市场地位。
05
石英晶体元器件的选型与使用注意事项
选型原则与标准
性能参数匹配
选择满足电路性能要求的石英晶体元器件，确保其频率、温度系数、负载电容等参数符合设计要求。
通过石英晶体元器件，可以确保电子设备中的电路运行在准确的频率上，从而提高设备的性能和稳定性。
石英晶体传感器的应用
石英晶体传感器利用石英晶体的压电效应，将物理量（如压力、加速度、温度等）转换为电信号。
这些传感器在工业自动化、环境监测、航空航天等领域有广泛应用，用于测量和监控各种物理量。
石英晶体谐振器的应用
石英晶体谐振器利用石英晶体的振荡特性，产生高精度和高稳定的振荡信号。
在各种电子设备和通信系统中，石英晶体谐振器被用作时钟源或参考频率源，确保系统正常运行。
03
石英晶体元器件的制造工艺
石英晶体元器件的制造工艺
• 石英晶体元器件，也称为石英晶体振荡器（Quartz Crystal Oscillator, QCO），是一种利用石英晶体（通常为天然或人造石英）的压电效应产生振荡的电子元件。由于其具有高精度、高稳定性和长寿命等优点，石英晶体元器件广泛应用于通讯、导航、计算机、家电及工业控制等领域。
04
石英晶体元器件的市场与发展趋势
市场需求与竞争格局
市场需求
随着电子设备的发展，石英晶体元器件市场需求持续增长，尤其在通信、导航、消费电子等领域。
竞争格局
石英晶体元器件市场呈现多极化竞争格局，国内外知名品牌和中小企业均有参与，竞争激烈。

石英晶体-材料与谐振器常识

石英振荡器种类
2.石英振荡器种类: b.以器件封装方式分为：DIP插件与 SMD贴片 DIP插件:如2X6,3X8；49S; SMD贴片：如SMD3225，SMD7015(我司M6）
c.以切型切角分： AT,BT,CT,DT,ET,FT,GT,HT,MT,NT, (xyt) X+50 目前常用的切型有AT 与 NT， (xyt) X+50弯曲振动 AT切型：对应高频MHz 产品如49S,SMD3225:4～37M NT切型：对应低频KHz 产品如2X6,3X8：32.768K
影响石英晶体谐振频率与电阻的主要因素
最小电阻： R0=Kr/ 2∏f0co = Kr t/kcf0S
Co=kc S/t
R=R0+ △R
电阻变量△R与材料品质，切割质量，晶片结构对称度，表面质量，金属镀膜质量，封装介质，真空度，温湿度，洁净度，挥发物，内应力，老化烘烤温度时间，焊接材料受热扩散流动变化等因素有关。
影响石英晶体谐振频率与电阻的主要因素
b. 高频产品： f0=kf n/t，频率系数kf与切型切角,长厚比L/t,温度有关系； AT切型基频泛音n=1，长厚比L/t>20，,25 ℃ f0=1665/t KHz （t=晶片中间最大厚度 mm） BT切型基频泛音n=1，长厚比L/t>20，,25 ℃ f0=2560/t KHz （t=晶片中间最大厚度 mm）高频片调频原理：喷银加厚或离子蚀刻减厚来调频
石英晶振主要两个电气参数：谐振频率f 与电阻或阻抗R a.音叉低频产品： f0=kf W/L2 W:音叉单臂宽度，L：音叉叉深 mm 频率系数kf与切型切角,长宽比L/W,温度有关系；长宽比L/W<0.16, NT切型,25 ℃ f0=(760~800) W/L2 音叉调频原理：改变音叉臂L或重心分布 f=f0 + △f 机械振动频率f0与W, L有关频率变量△f 与晶片表面质量，金属镀膜质量及分布，封装真空度，温湿度，洁净度，老化烘烤温度时间，焊接材料受热扩散流动变化等因素有关。

石英晶体频率元器件

石英晶体频率元器件石英晶体频率元器件是一种广泛应用于电子设备中的元器件，它具有稳定、精度高、可靠性强等特点，在通信、计算机、无线电等领域中发挥着重要作用。

石英晶体频率元器件是一种基于石英晶体的谐振器，通过利用石英晶体的特殊物理性质来实现频率的稳定和精确。

石英晶体具有压电效应和逆压电效应，当施加外力或电场时，石英晶体会产生相应的机械应变或电荷分布变化。

这种机械应变或电荷分布变化将导致石英晶体的压电振荡，从而产生稳定的频率。

石英晶体频率元器件通常由石英晶体谐振器、振荡器电路和频率分频电路等组成。

石英晶体谐振器是石英晶体频率元器件的核心部件，它由石英晶体片、电极和封装等组成。

石英晶体片是石英晶体谐振器的振荡源，通过对石英晶体片施加电场或机械应力来产生振荡信号。

电极用于对石英晶体片施加电场或接收振荡信号。

封装用于保护石英晶体谐振器，防止外界干扰。

振荡器电路是石英晶体频率元器件的控制部分，它通过对石英晶体谐振器施加适当的反馈，使其产生稳定的振荡信号。

振荡器电路通常由放大器、反馈电路和调谐电路等组成。

放大器用于放大石英晶体谐振器的振荡信号，增加其能量。

反馈电路用于将一部分振荡信号反馈给石英晶体谐振器，使其保持振荡。

调谐电路用于调节石英晶体谐振器的频率，使其达到所需的数值。

频率分频电路是石英晶体频率元器件的辅助部分，它用于将石英晶体谐振器的高频振荡信号分频得到所需的频率。

频率分频电路通常由计数器、分频器和锁相环等组成。

计数器用于计数石英晶体谐振器的高频振荡信号。

分频器用于将计数器的输出信号分频得到所需的频率。

锁相环用于将石英晶体谐振器的频率与参考信号的频率同步，从而实现频率的稳定和精确。

石英晶体频率元器件具有很多优点。

首先，它具有高稳定性和高精度，能够在广泛的温度范围内保持稳定的频率输出。

其次，石英晶体频率元器件的频率可调范围广，可满足不同应用的需求。

此外，石英晶体频率元器件还具有体积小、功耗低、抗干扰性强等特点，适用于各种严苛的工作环境。

石英晶体原理,特性,参数,应用及使用注意事项介绍(更新1)

石英晶体原理,特性,参数,应用及使用注意事项介绍来源:网络作者:未知字号:[大中小]石英晶体原理,特性,参数,应用及使用注意事项介绍石英晶体等效电路Vibration of a crystal unit is actually mechanical vibration．However．the crystal unit can be expressed by a two—terminal network if its behavior is electrically converted．The series circuit consisting of L1．C1．and R1 is related to elastic vibration．while the element C0 connected in parallel to the series arm as a capacitance attributable to the dielectric body of a quartz crystal plate．The resistance R1 is a resonance resistance of the crystal unit at the series resonance frequency．(See Fig.1.)石英晶体谐振器的振动实质上是一种机械振动。

实际上，石英晶体谐振器可以被一个具有电子转换性能的两端网络测出。

这个回路包括L1、C1，同时C0作为一个石英晶体的绝缘体的电容被并入回路，与弹性振动有关的阻抗R1是在谐振频率时石英晶体谐振器的谐振阻抗。

(见图1)石英晶体的频率-温度特性To use a crystal unit as an oscillator．its oscillated frequency is required to be stable against temperature variations．A quartz crystal has crystallographic axes．and crystal cut is defined according to the cutting angle against a crystallographic axis and its associated mode of vibration．-Typical types of crystal cut and frequency—temperature characteristics are shown in Fig.2.石英晶体作为谐振器在使用时，要求其谐振频率在温度发生变化时保持稳定。

石英晶体介绍

石英晶体俗称水晶，成分SiO2，它不仅是较好的光学材料，而且是重要的压电材料。

晶体的主要特征是其原子或分子有规律排列，反映在宏观上是外形的对称性。

人造水晶在高温高压下结晶而成。

在电场的作用下，晶体内部产生应力而形变，从而产生机械振动，获得特定的频率。

我们利用它的这种逆压电效应特性来制造石英晶体谐振器。

术语定义ＡＴ切割用特殊的切割角度加工晶体的一种切割方法，用这种切割方法加工的晶体有良好的温度特性，是制造石英晶体元件最常用的方法。

老化率石英晶体产品频率相对于时间的稳定性，一般情况下它的变化是几个ppm/年等效电阻ＲＩ等效电阻（ESR）通常表明石英谐振器在连续振荡中阻抗性能的好坏调整频差各种频率可接收的变化范围（一般情况下用ppm表示）温度频差石英晶体元件频率随温度变化而变化的特性。

不同的切割方法和不同的切割角度都有不同的特性曲线。

工作温度范围晶体元件工作在规定频差之内的工作温度范围。

储存温度范围晶体能在它的特殊性中得到完好保存的范围。

激励电平电路中用来驱动晶体元件振荡的电源叫激励电平，越好的产品需要的激励电平越小。

负载电容从晶体的两个引脚向电路系统看去电路所呈现的全部有效电容，即为负载电容，它与晶体元件一起决定晶体在电路上的工作效率。

等效电路晶体的等效电路。

可利用其表述晶体在谐振频率附近的工作特性，Co表示静态电容，是晶体两电极之间的电容和加上引线及基座带来的电容。

RI、LI、CI组成晶体等效电路的动态臂。

CI表示石英的动态电容。

LI为动态电感，RI为动态电阻。

基频晶体的定义是:设计工作在给定振动模式最低阶次上的晶体元件泛音晶体的定义是:工作在比最低阶次要高的阶次上的晶体元件,有三次,五次,七次等石英晶体谐振器(简称晶体).术语解释1、标称频率：晶体技术条件中规定的频率，通常标识在产品外壳上。

2、工作频率：晶体与工作电路共同产生的频率。

3、调整频差：在规定条件下，基准温度（25±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的偏差。

创易讲座系列四：石英晶体、晶振介绍

创易讲座系列四：石英晶体、晶振介绍石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器、手机等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

可以说只要需要稳定时钟的地方，就必需要有晶体振荡器。

一：认识晶体、晶振常见晶体振荡器有两类，一类是无源晶体，也叫无源晶振，另一类是有源晶振，也叫钟振。

无源晶体外形如下图：（HC-49S 插脚）（HC-49S/SMD 贴片）无源晶体以以上两种封装的晶体最为常用，广泛应用于普通设备上，尤其是嵌入式设备，若对体积大小有要求，可以选择更小的贴片封装，如下图：（XG5032 贴片）（XS3225 贴片 1，3脚有效，2，4脚为空脚）当前消费类电子如手机，MP4，笔记本等，XS3225封装最为常用。

具体关于晶体的封装及参数信息，请参考国内最大的高端晶体晶振厂家：浙江省东晶电子股份有限公司网站提供的信息：/product.aspx/23无源晶体说穿了就是封装了一下晶体，在晶体两面镀上电极引出两根线即可，那么有源晶振就是在无源晶体的基础上加了一个晶体振荡电路，，比如采用一个74HC04或者54HC04之类的非门与晶体勾通三点式电容振荡电路，所以它具有电源，地，时钟输出三个脚，有些还会增加一个脚，就是晶振工作控制脚，当不需要工作的时候，可以关掉晶振降低功耗。

如下图：（OS3225 与XS3225外形一样，只是脚位定义不同1：EN控制脚，2：GND地，3：OUT信号输出，4：VCC电源，一般为3.3V或者5V）。

晶振内部振荡电路等效图如下：非门5404的输出脚2就是信号输出脚。

二：晶体振荡电路原理分析（本篇由东晶电子网上独家代理创易电子提供技术文档我们以最常见得MCU振荡电路为例,参考电路如下：很多人做MCU51单片机得时候，不明白晶体两边为什么要加两个电容，大小一般在15pF～33pF之间，有些特殊的，还需要在晶体上并联一个大电阻，一般老师的解释是提高晶体振荡电路的稳定性，有助于起振,而对于其根本原理没有解释。

石英晶体元件性能参数简介

石英晶体元件性能参数简介术语简介：1、石英晶体元件的等效电路其等效电路是一个晶体元件在谐振频率附近具有与晶体元件相同阻抗特性的电路，通常用L1、R1、C1相串联后再与C0并联表示。

见下图。

2、石英晶体元件的等效参数（包括静态参数和动态参数）：C0－静电容L1－等效电感C1－等效电容R1－等效电阻2.1 等效电阻R1石英晶体的等效电阻是其工作时能量损耗的量度，它包括晶片的内摩擦、支架应力损耗、空气阻尼、电极膜与晶片之间的内摩擦等，其影响大小不等，难以计算。

2.1.1、串联谐振电阻R1在规定条件下，晶体元件在串联谐振频率f时呈现的等效电阻，又称谐振电阻，即不加负载电容时测得的电阻。

2.1.2、负载谐振电阻R L在规定条件下晶体元件在与规定的负载电容C L相串联后工作在负载谐振频率f L时所呈现的电阻。

R L与R1的关系为：R L＝R1[1+( C0 /C L)]22.1.3、影响谐振电阻的因素影响谐振电阻的因素很多，例如原材料质量情况、晶体设计是否合适、生产工艺水平、清洁程度高低、晶体使用是否恰当、激励电平的高低等。

一般情况下，晶体的泛音电阻要比其基频的电阻大，但是采取特殊措施也可以使泛音电阻比其基频的电阻小。

2.2、等效电容C1等效电容C1：等效电路中串联臂中的电容，也称动态电容。

2.2.1、C1的表达式C1=1/ L1 (2∏f)2C1值用仪器直接测量时是用下式计算出来的：C1=2(f L－f r)（C0＋C L）/ f r =2Δf(C0＋C L) / f r 或者C1=2(f L1－f r) (f L2－f r)(C L2－C L1）/ f r (f L1－f L2)=2Δf L1Δf L2 C L/ f rΔf Lf L－加负载电容C L后的频率f r－不加负载电容时的串联谐振频率C L1、C L2－一大一小的两个负载电容f L1、f L2－加C L1、C L2时的频率Δf＝f L－f rΔf L1＝f L1－f rΔf L2＝f L2－f rΔf L＝f L1－f L2ΔC L＝C L2－C L12.2.2、C1的用途有的客户提出C1大于某一数值是为了获得比较大的负载谐振频率偏值，即要求Δf L＝f L1－f L2较大，以便改变C L后能够获得较大的频率变化量。

石英晶体的应用

石英晶体的应用一.石英晶体元器件的分类和相关术语石英晶体元器件一般分为三大类，即石英晶体谐振器，石英晶体振荡器和石英晶体滤波器。

1．1 石英晶体谐振器相关的术语标称频率晶体元件规范指定的频率串联谐振频率(Fs) 等效电路中串联电路的谐振频率并联谐振频率(Fp) 等效电路中并联电路的谐振频率负载频率(FL) 晶体带负载时的频率负载电容(CL) 与谐振器联合决定工作频率的有效外界电容静电容(C0) 等效电路中与串联臂并联的电容动电容(C1) 等效电路中串联臂中的电容动态电感(L1) 等效电路中串联臂中的电感动态电阻(R1) 等效电路中串联臂中的电阻频率精度工作频率与标称频率的偏差等效电阻(ESR) 谐振器与规定的负载电容串联的总阻抗频率温度特性频率随温度变化的特性室温频率偏差谐振器在室温下频率的偏差频率/负载牵引系数(Ts) 负载电容对频率影响的能力老化率晶体频率随时间的漂移Q值晶体的品质因数激励功率（电平）谐振器工作时消耗的功率激励功率依赖性(DLD) 谐振器在不同激励功率下参数的特性温度频率偏差频率随温度变化与标称频率的偏差工作温度范围谐振器规定的工作温度范围泛音晶体的机械谐波寄生响应晶体除主响应(主频率)外的其他频率的响应1．2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器是目前精确度和稳定度最高的振荡器。

石英晶体振荡器是由品质因素极高的谐振器（石英晶体振子）和振荡电路组成。

晶体的品质、切割取向、晶体振子结构及电路形式等因素共同决定了振荡器的性能。

相关术语标称频率晶体元件规范指定的频率频率温度特性振荡频率随温度变化而改变的特性长期频率稳定度振荡器长时间工作频率的稳定性短期频率稳定度振荡器短时间工作频率的稳定性温度频率偏差振荡频率随温度的偏差室温频率偏差在室温时振荡频率的偏差起振时间振荡输出达到规定值的时间上升时间(方波输出）方波输出时波形从10%到90%所需的时间下降时间(方波输出）方波输出时波形从90%到10%所需的时间占空比(方波输出) 方波输出时正脉冲宽度占周期的百分比频率精度振荡频率相对标称频率的精确程度消耗电流振荡器工作时消耗的电流相位噪声信号中相位的随机变化量最大电压（方波输出）振荡器输出电压最大值最小电压（方波输出）振荡器输出电压最小值基准温度初始精度振荡器在规定基准温度下的振荡频率的精度频率—电压允差根据输入电压的最大，最小和标称值来确定频率—负载允差根据负载的最大，最小和标称负载来确定谐波与副谐波失真谐波和副谐波响应的程度杂波响应规定带宽内与杂波输出有关的非谐波响应耐过压能力振荡器经受120％规定电源电压的最大的过压能力峰-峰值（Vpp）输出电压最大与最小的差值负性阻抗晶体串联电阻,使振荡器从振到不振时的阻值当前石英晶体振荡器的发展，不仅表现在系列品种的增加和市场需求量的增长方面，而且体现在产品技术创新上。

石英晶体介绍

石英晶体介绍石英晶体的基本知识水晶的成份SiO2，在常压下不同温度时，石英晶体的结构不同，温度T＜573℃时α石英晶体，当573℃＜T＜870℃时β石英晶体，熔点是1750℃，我们通常说的压电石英晶体指α石英晶体。

1、具有压电特性：压电效应：某些介质由于外界机械作用（如压缩，拉伸等等）而在其内部发生极化，产生表面电荷的现象叫压电效应。

逆压电效应：某些介质置于外电场中，由于电场的作用，会引起介质内部正负电荷中心的位移，导致介质发生形变，这种效应称为逆压电效应。

石英晶体在沿X 轴（或Y 轴）方向的力的作用时，在X 方向产生压电效应，而Y 和Z 方向不产生压电效应，X 轴称为电轴，Y 轴称为机械轴。

2、具有各向异性：石英晶体是一种良好的绝缘材料，导热系数在室温附近，沿Z轴方向是垂直于Z 轴方向的2 倍左右，沿Z 轴方向的线性膨胀系数a3 约为沿垂直于Z 轴方向线性膨胀系数a1 的1/2，其介电系数ε，压电系数d 等随方向的不同其数值也不同，在不同温度，导热系数K 与膨胀系数a 的数值也不同。

3、是外形高度对称的单晶体，其特征是原子和分子有规则的排列发育良好的石英晶体，外形最显著的特点是晶面有规则的配置，石英晶体的晶面共30 个，六个m 面（柱面），六个R 面（大棱面）六个r 面（小棱面）六个s 面（三方偏锥面)，六个X 面（三方偏面），相邻M 面的夹角度为60°，相邻M 面和R面的夹角与相邻M 面和r 面的夹角都等于38°13′，相邻s 面与X 面的夹角为25°57′。

石英晶体存在一个三次对称轴C 和三个互成120°的轴a、b、d，在讨论石英晶体的物理性质时，采用下图所示的直角坐标系较为方便，选C 轴为z 轴，a 或b、d）轴为X 轴，与X 轴Z 轴垂直的Y 轴，其指向按1949 年IRE 标准规定，对左右旋晶体均采用右手直角坐标系。

4、具有双折射现象：但当光沿Z 轴方向射入时不发生双折射现象，所以又称Z 轴为光轴。

石英晶体介绍

石英晶体介绍1、具有压电特性：压电效应：某些介质由于外界机械作用（如压缩，拉伸等等）而在其内部发生极化，产生表面电荷的现象叫压电效应。

逆压电效应：某些介质置于外电场中，由于电场的作用，会引起介质内部正负电荷中心的位移，导致介质发生形变，这种效应称为逆压电效应。

石英晶体在沿X 轴（或Y 轴）方向的力的作用时，在X 方向产生压电效应，而Y 和Z 方向不产生压电效应，X 轴称为电轴，Y 轴称为机械轴。

2、具有各向异性：石英晶体是一种良好的绝缘材料，导热系数在室温附近，沿Z轴方向是垂直于Z 轴方向的2 倍左右，沿Z 轴方向的线性膨胀系数a3 约为沿垂直于Z 轴方向线性膨胀系数a1 的1/2，其介电系数ε，压电系数d 等随方向的不同其数值也不同，在不同温度，导热系数K 与膨胀系数a 的数值也不同。

3、是外形高度对称的单晶体，其特征是原子和分子有规则的排列发育良好的石英晶体，外形最显著的特点是晶面有规则的配置，石英晶体的晶面共30 个，六个m 面（柱面），六个R 面（大棱面）六个r 面（小棱面）六个s 面（三方偏锥面)，六个X 面（三方偏面），相邻M 面的夹角度为60，相邻M 面和R面的夹角与相邻M 面和r 面的夹角都等于3813′，相邻s 面与X 面的夹角为2557′。

石英晶体存在一个三次对称轴C 和三个互成120的轴a、b、d，在讨论石英晶体的物理性质时，采用下图所示的直角坐标系较为方便，选C 轴为z 轴，a或b、d）轴为X 轴，与X 轴Z 轴垂直的Y 轴，其指向按1949 年IRE 标准规定，对左右旋晶体均采用右手直角坐标系。

4、具有双折射现象：但当光沿Z 轴方向射入时不发生双折射现象，所以又称Z 轴为光轴。

5、石英晶体的密度ρ=2、65g/cm2，硬度为莫氏硬度7，在常温常压下不溶于三酸（HCL,H2SO4,HNO3），属于溶解度极小的物质，但是氢氟酸和氟化氢铵却是石英晶体良好的溶解液，其化学反应方程式SiO2+4HF=SiF4+2H2O（3SiF4+3H2O=H2SiO3+2H2SiF6）SiO2+4HF+2NH4F=（NH4）2SiF6+2H2O其特性用于石英片的腐蚀。

石英晶体

IR：绝缘电阻（Vcc=100 V DC IR大于500 MΩ）
石英材料（水晶）简介
• 石英产品主要是利用石英材料（水晶）的压电效应制成的电子原件和器件，压电效应是一种机电能量互换的现象，压电效应分为正压电效应和逆压电效应，正压电效应是以机械应力及应变（形变）作用而使物体产生电荷或电压输出。逆压电效应是以电能输入使之产生机械能或位移（形变）的输出。如果把交变电压施加到石英芯片两个电极之间，当交变电压的频率与石英芯片固有频率一致时，通过逆压电效应，芯片便产生机械振动，同时又通过正压电效应而输出电信号。石英材料的压电效应是有方向性的，只有在电轴方向才具有压电效应。石英有天然石英和人造石英。天然石英和人造石英均为多面体形状。目前电子元器件使用的主要是人造石英材料。主要成分为SiO2。石英晶体为单晶体，高度对称呈凸多面体形，晶面共有30个，分成5组，M面（柱面），R面（大棱面）,R面（小棱面）,S面（三方双锥面），X面三方偏方面）石英晶体为透明体；热膨胀系数小；良好的绝缘材料；密度：2.65g/cm3，硬度：莫氏7度产品主要有石英晶体谐振器、石英晶体振荡器。产品主要特点有：高稳定性（年老化率小于+/- 5PPM）、高Q（品质因数）值、低功耗、小体积、易于使用。产品主要应用于通讯、电脑、导航、航空航天、家用电器等领域。一般石英晶体谐振器的频率可从数百赫兹至几百兆赫兹。
石英晶体谐振器主要电参数二
CL：负载电容（一般由客户提供），***在测试时表示产品0 PPM时的负载电容。对一只产品而言，CL变大，频率会低，CL变小，频率会高。在客户要求某一负载电容的谐振器时也可用附近负载电容的谐振器进行代替，但此时必须满足客户精度的要求。在制作振荡器时（OSC）CL=Cg*Cd/（Cg+Cd）+C0+Cs （Cg、Cd在IC 规格中会有说明） L1：动态电感。单位mH（毫亨）。 L1= (2.013×n3) / (Ae×f03) TS：牵引量（单位电容变化频率变化量）单位 PPM / pF。 1 PPM=10-6 TS=1000*C1 / 2*（C0+CL）2 电极增加，TS增加。电极减小，TS减小。负载（CL）大，TS 大。负载（CL）小，TS 小。 Q：品质因数 Q=

石英晶体振荡器15808.pptx

石英晶体又称为石英谐振器。
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上页下不振动时，可以看成是一个
L 平板电容器C0 ，称为静电电容。
C0
C R
C0与晶片的几何尺寸和电极面积有关，一般约为几个皮法到几十皮法。
符号
等效电路
当晶体振动时，有一个机械振动的惯性，用电感 L来等效，一般L值为10-3~102H。
石英谐振器有两个谐振频率，当L 、C 、R支路串联
谐振时，等效电路的阻抗最小（等于R ），串联谐振
频率为
fS
2
1 LC
X
并联谐振频率为 fp
2
1 L CC0
C C0
fS
1 C C0
O
fs fp
f
容性
感性
容性
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二、石英晶体振荡电路
1. 并联型石英晶体振荡电路
Rb2 RC
Rb2 RC
Rw
Rb1 Re1
晶体
+VCC
C
Uo
Re2
调节电阻Rw的大小可以改变正反馈的强弱，
以便获得良好的正弦波
输出。
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晶体
+VCC
Uo
Rb1
+ Re Ce
C1
C2
并联型石英晶体振荡电路利用石英晶体作为一个电感来组成选频网络，晶体工作在 fs和fp之间。
电路的振荡频率
C
f0 fs
1 C0 C
C C1C2 C1 C2
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2. 串联型石英晶体振荡电路
串联型石英晶体振荡电路利用石英晶体串联谐振时阻抗最小的特性组成振荡电路，晶体工作在 fs 处。

石英晶体概念

石英晶体的概念与应用、石英晶体是一种常见的矿物，其化学成分为二氧化硅（SiO2），晶体属于三方晶系的氧化物矿物，是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。

石英晶体有很多不同的品种和颜色，其中一些被用作半宝石或珠宝，另一些则有着重要的工业和科学用途，如玻璃制造、半导体生产、时钟同步等。

本文将介绍石英晶体的基本概念、种类、性质和用途，以及相关的科学知识和技术。

石英晶体的种类石英晶体的种类可以根据其微观结构和颜色来区分。

根据微观结构，石英晶体可以分为大粒晶体（肉眼可见的单个晶体）和微晶或隐晶（仅在高放大率下可见的晶体聚集体）。

大粒晶体通常是透明或半透明的，而微晶或隐晶则是半透明或大部分不透明的。

根据颜色，石英晶体可以分为无色或白色的水晶、紫色的紫水晶、黄色或棕色的黄水晶、粉红色的粉晶、灰色或黑色的烟水晶等。

不同颜色的石英晶体通常是由于含有不同的杂质或受到不同程度的辐射而形成的。

下表列出了一些常见的石英晶体品种及其特征：品种颜色透明度微观结构来源水晶无色或白色透明或半透明大粒晶体纯净的二氧化硅紫水晶紫色透明或半透明大粒晶体含有铁等杂质或受到辐射黄水晶黄色或棕色透明或半透明大粒晶体含有铁等杂质或受到辐射粉晶粉红色透明或半透明大粒晶体或微晶含有铝和磷等杂质烟水晶灰色或黑色透明或不透明大粒晶体受到较强的辐射玉髓多种颜色，常呈带状半透明或不透明微晶或隐晶石英和摩根石的混合物瑪瑙多种颜色，呈带状或斑点半透明或不透明微晶或隐晶含有不同颜色层次的玉髓虎眼石金黄色到红褐色半透明或不透明微晶或隐晶纤维状的石英晶体钛晶无色或多彩透明或半透明大粒晶体含有针状的金红石等内含物石英晶体的性质石英晶体的物理和化学性质主要取决于其晶体结构和化学成分。

石英晶体的晶体结构是由硅和氧组成的四面体连续框架，其中每个氧原子在两个四面体之间共享。

这种结构使得石英晶体具有很高的硬度（莫氏硬度为7）、密度（2.65克/立方厘米）和熔点（1650摄氏度）。

石英晶体相关知识

石英晶体知识石英，学名二氧化硅（Sio2)，是自然界分布最广的物质之一，它有许多种，其中无色透明的一种叫水晶。

石英晶片是组成晶振的最关键的元件，用于生产石英晶振的是β石英，是在温度低于573℃时形成的，因为只有β石英才具有压电效应,目前都是使用人工培育的水晶进行加工生产的。

石英晶体是电的良好的绝缘体，它的电阻率在1000000MΩ.cm以上。

它的化学性质极为稳定，常温下，不溶于盐酸、硝酸、硫酸等水和酸，只溶于氢氟酸；在加热时，石英晶体能溶于碱溶液，这个特点成为人造水晶的基础。

在半成品腐蚀工序使用的就是氟化氢氨进行腐蚀，反应方程式为：2NH4HF2+SiO2=2NH3+SiF2+2H2O水晶质量的好坏直接影响晶体元件的电性能，因此，对水晶的质量做出判断是十分必要的。

表征人造水晶质量的特征参数主要有三个：Q值，包裹体密度和腐蚀隧道密度。

当石英晶体受到外力作用时，在它的某些表面上会产生电荷，这种现象称为石英晶体的压电效应；当石英晶体受到电场作用时，它的某些方向会发生形变,这种现象叫做石英晶体的逆压电效应。

石英谐振器就是利用石英晶体的逆压电效应制成的元件。

随着石英晶片在水晶中切割方位、几何尺寸、电极设置的不同，会产生不同的振动模式，它们的谐振频率等电气参数及频率温度特性各不相同。

通过众多专家数十年的研究探索，到现在为止已发明了近三十种切型。

这些振动模式不外乎四种：伸缩振动、剪切振动、弯曲振动和扭转振动。

前三种振动模式较为常用。

这几种振动的频率覆盖范围不同，频率温度特性及其他电参数也不同，为了准确表示并区分这些切割方位，目前普遍采用IRE标准规定的字母后旋转角度的表示方法。

IRE标准规定的切型符号包括一组字母（x,y,z,t,l,w）和角度值。

这样，任何一个切割方位都可以通过一个起始方位旋转得到。

第一个字母表示起始方位厚度的方向，第二个字母表示起始方位长度的方向；用字母t（厚度）、l（长度）、w（宽度）来表示起始面转动时围绕的旋转轴。

石英晶体介绍(陈雅凤)

石英晶體介紹 Quartz Crystal IntroductionPresented by: 津綻石英科技股份有限公司 Jenjaan Quartek Corporation.PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/課程大綱1. 水晶的介紹 2.人工水晶培養介紹 3.石英晶體的優點 4.石英晶體的製造流程介紹 5.石英晶體的基本特性及應用 6.Crystal Q&A 7.結束PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/水晶的介紹天然水晶大自然的礦產,依結晶過程中之環境變化而有不同之硬度及色澤. 人工水晶 SIO2 為主要原料,以人工方式控制在高溫高壓之環境下進行結晶,前目前為自然界中最容易取得能穩定產生頻率振盪之材料.PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/石英晶體的優點1. 穩定性佳,變化小 2. 頻率精確度高 3. 所需驅動功率小 4. 固定式(非可調式) (與一般 RC ,RLC ,LC 發振線路比較)PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/石英晶體基本振盪原理石英晶片本身為一壓電材料（Piezoelectric Material），利用外電壓加於晶片的兩側產生電場，由於壓電材料本身機械與電性耦合（Coupling）作用，使晶體本身產機械變形，由晶體的切割面受到機械應力的作用，晶體的兩相對面又會產生一電位差，這種特性稱為壓電（Piezoelectric）效應。

當我們加一交流電壓於晶體上，即可產生循環不已之晶片振盪。

振動的頻率會依晶體的不同而異，石英晶體切割片愈薄，切割技術愈困難，但諧振頻率愈高。

正面反面PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 ÿ /FinePrint/• Piezoelectric effect Piezoelectric adverse effectP iezo electric effectP iezo electric adv erse effect Pr essu re T ran sform atio nPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 ð /FinePrint/Vibration mode of crystal• Crystal has some kind of resonance point.– Fundamental , 3rd-overtone , 5th-overtone...• Main vibration modes of AT cut crystal are fundamental and 3rd-overtone.Fu ndam en tal m od e3rd ov ertone m odePDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/Crystal unit &crystal oscillator• Crystal unit– A device which consist of a crystal element & electrodes mounted into enclosure• Crystal oscillator– Oscillator unit of using excellent frequency stability ICPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/QUARTZ CRYSTAL• 水晶: 化學成份SiO2 • 硬度：為7 • 密度：2.65 g/cm3 • 穩定性能好,可耐 ,硫酸, 硝酸,鹽酸PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/人工水晶培養介紹長晶是利用一個如壓力鍋一般的鍋爐(一般稱長晶爐),提供一個高溫(370~430°C)高壓 (1000〜1500 Kg/cm2 )的環境進行晶棒培養,所需時間則依需求的晶種大小尺寸決定, 以一般較符合經濟效益尺寸的晶棒約需耗費60~90天的成長時間.其中晶棒成長時問又和成長過程中的溫度及壓力有著密切的關係水熱溫差法在高溫與高壓下的碱溶液中來進行. 利用上下溫度差產生溶液的對流,將下部的原料運至上層晶種的表面.依著單一原子層的種的原子配列附著來育成. .PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/人工水晶長晶爐PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/AT&BT晶體切割角度示意圖及溫度特性曲線AT Cut +35 15分BT Cut -49PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 ÿ /FinePrint/AT-Cut Crystl Frequence & Thickness F(KHz)=1670/T(mm)Frequence ( 頻率 ) Thickness (晶片厚度 )1.8432 MHz 0.906mm25.000MHz 0.0668 mm35.328 MHz 0.0472 mmPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/ppm and ppb 定義nppm: parts per million (1MHz= 1x106=1000000) (1 ppm=1x10-6=0.000001) Ex. Freq.=20MHz,1ppm=? Hz sol: 20Mx1ppm=10x106x 1x10-6 = 20 Hznppb: parts per billion (1 ppb=1x10-9)PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/Consumer Electronics 如電視機,收音機, 各類影音設備Computer 如電腦,列表機網路卡,藍芽產品…Communication 如手機,無線電, 機地台,衛星…未來科技如光纖,數位電視航太科技…PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/產品結構圖 49U﹑UM系列3 4 2 1 5 61. BASE (基座) 2. SUPPORT (支架) 3. BLANK 水晶片4. 電極 5. 導電性接著劑 6. CAN (封蓋)PDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 ÿ /FinePrint/49/U-S產品結構圖電極蓋子晶片導電性接著劑基座 LEADPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/CRYSTAL SMD 結構圖LID 電極NSK 25.000晶片導電性接著劑BASEPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 /FinePrint/承認書範本 (Crystal Unit)1. Frequency 2. Holder Type 3. Mode of Operation 4. Frequency Tolerance @ +25oC 5. Operating Temperature Range 6. Frequency Stability 7. Equivalent Series Resistance 8. Load Capacitance (CL) 9. Shunt Capacitance (C0) 10. Drive Level 11. Insulation Resistance 12. Aging 13.Other 7.600000 HC-49/U-S (SMD) Fundamental + / - 50 -10 to +60 + / - 30 100 30 7 100 Mode ppm ℃ ppm Ω max pF pF max uW MHz500 MΩ (min) at D.C. 100 V +/-5 ppm/yearPDF 檔案使用 "pdfFactory Pro" 試用版本建立 ÿ /FinePrint/承認書中每個項目所代表之義意OSCILLATION CIRCUIT DESIGN NOTES •EQUIVALENT CIRCUIT & PARAMETERS OF CRYSTAL UNIT石英振盪器之等效電路及其測試參數•WHAT IS LOAD CAPACITANCE(CL)?何為負載電容?•WHY CRYSTAL MANUFACTURER NEEDS TO KNOW “CL”?為何客戶端需要提供石英振盪器之負載電容?•PRINCIPLES OF OSCILLAION振盪迴路之基本原理•FUNDAMENTAL & 3rd OVERTONE CIRCUIT基本波振盪迴路及三倍波振盪迴路•WHAT IS NEGATIVE RESISTANCE ?何為負特性阻抗?•WHAT IS PULLABILITY ? OTHER PARAMETERS何為調變量?晶體等效電路左圖是石英晶體的等效電路,其中:C0: Static Capacitance 靜態電容C1: Motional Capacitance動態電容L1: Motional inductance 動態電感R1:Resistance 諧振阻抗L 1R 1C 1C OCL FsFL何謂串聯諧振(Fs)及並聯諧振( FL)所有的英晶體都有串聯諧振頻率(Fs,此時晶體的阻抗為最小),若將晶體串聯一個負載電容(CL)則晶體的振盪頻率將會微幅的上升,此頻率稱之為並聯諧振頻率或負載頻率(FL).PARAMETER OF THE CRYSAL UNIT石英振盪器參數串聯電容(C1) : 動態電容f / fr(C0 + CL)C1= 2△f /等效電路中之串聯電容值。