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石英及石英晶体是怎么变化而来的

浏览次数: 日期:2014年2月12日 10:40

 

  电子产业的演进也为石英元件的开发带来挑战。目前电子产品市场朝着可携性的消费性应用及宽带无线/行动网络发展。松季电子介绍说,当这些产品要求更轻薄、长时间使用和高效能的同时,石英元件同样也必须朝小型化、低耗电、高精确度、高可靠性的方向不断前进,其中最显而易见的趋势是小型化的要求。

  石英又称水晶,它的应用发展其实由来已久。早在1880年法国的居礼兄弟就发现石英晶体具有压电效应,并逐渐被应用到生活中,其中最为人熟悉的就是钟表。

  在石英元件的制造上,早期是以天然水晶为基础作加工处理,但天然水晶除了十分稀少外,本身还存在混入杂质、裂缝、形状大小不均匀,以及双晶现象等问题,使得元件质量难以确实掌控,一直要到人工水晶出现后,石英元件才称得上开始普及。日本自1960年代开始发展出高性能的人工水晶——采用天然水晶的碎片做为原料,在被称为“高压釜”的大型超高压力容器中长出晶棒,进而能得到大量且品质稳定的石英晶体。

  石英其实是由硅原子和氧原子所组合而成的二氧化硅结晶型态,具有高硬度和高熔点的特性。更重要的是石英晶体的压电效应,可以通过晶体变形和振动来控制发生频率的快慢。所谓的压电效应是指当晶体两侧外加电压,会使得晶体本身产生变形;反之,当晶体受到机械应力的作用,其两侧亦会产生电位差。利用这种压电效应,就可产生循环的晶体振荡,并对外提供精准的参考频率。

  另外,温度变化有时也会影响石英晶体的振荡特性,因而产生频率讯号的误差。相较于硅、陶瓷等材料,石英的频率对温度参数特性相当良好——在适当的设计控制下,石英晶体元件可以实现百万分之一(ppm)单位等级的频率误差范围。当然,通过电感、电容、电阻所组成的LCR无稳态震荡回路也可以提供震荡频率,但此做法除了精确度不佳之外,在频率对温度的特性上也远远不及石英晶体。

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