自然界中的礦物晶體有幾百種,但只有少部分被人類反復利用,更多的是因為外表色彩艷麗,或因晶瑩透明而被做成飾品,大部分因為沒有特殊的功能和外觀,并沒受到人們的重視.石英晶振和石英晶體振蕩器的原材料,是部分具有壓電性質的石英和水晶,當第一顆晶體被成功制造出來,并用于電子產品中之后,越來越多的人加入這個行業,十幾種有壓電效應的礦物晶體被大量采集.為了控制人工開采的成本,和滿足市場需求大規模生產,科學家們合成了人工晶體,不僅材料成本低,使用方便,其加工后的性能比天然的石英水晶更高更好.
我們居住的大部分地殼都是礦物質.我們周圍的石頭和沙子都是礦物質.地球上最豐富和普遍分布的礦物是石英.這是一種已經存在了數億年的礦物,幾個世紀以來一直深深扎根于現代文明之中.晶體諧振器在尖端技術中仍然是不可或缺的.石英是二氧化硅(SiO2)的礦物,其中具有晶面的晶體被稱為”石英”.構成晶體的二氧化硅包含在火山爆發期間吹出的”巖漿”中.當巖漿噴射到地表時,它迅速冷卻并凝固成熔巖,但此時水分離.水中含有豐富的二氧化硅,它積聚在巖石的裂縫和空洞中,經多年冷卻后結晶成”水晶”.

石英是一種對人類最熟悉的有吸引力的礦物質,自古以來就被用作祈禱的儀式工具和裝飾,因為它透明而神秘.法國物理學家居里兄弟于1880年發現這種水晶是一種美麗的物體,具有優良的電性能.這種電特性通常被稱為壓電現象.這意味著施加壓力時會產生電流,如圖1所示.相反,當如圖2所示施加電(電壓)時,晶體變形(振動).由于壓電和反向壓電現象,石英器件產生一定的頻率,產生穩定的頻率.石英晶體諧振器具有獨特的振動模式,該模式由晶體元件的切割角度決定.典型的振動模式包括厚度剪切振動和彎曲振動.

壓碎的天然水晶根據其透明度進行分級.雖然它被分為約5個等級,但人造石英使用2到3個等級.如果透明性差,則在生長期間含有裂縫和母液,并且由于鐵,鈉,鈣,鉀,氯和氟等不需要的成分增加而不好.但是,如果透明度高,則鋁的量將變得非常大.這是因為天然高品質石英通過加入鋁而生長.因此,透明和不透明之間的中間雜質很少,2至3級適合于生長人造石英.

石英水晶振子是無源元件,它利用石英的壓電特性產生恒定的頻率,具有非常穩定和高精度.在陶瓷基底殼中,將晶體切割并拋光至預定的厚度和尺寸,沉積電極,填充惰性氣體,并用金屬蓋覆蓋以密封它.雖然結構簡單,但加工這種底板的技術非常困難,技術能力也是一個問題.AT切割基板的頻率和厚度之間的關系由該公式表示:

頻率越高,襯底越薄.基板很薄,即頻率高,10微米,1/100毫米,這是頭發厚度的1/10.而且,基板的外形小于1mm.由于無源晶振單元不具有振蕩電路,因此無論是無線電波(頻率)還是信號都不能輸出.晶體振蕩器是晶體單元和振蕩電路的組合.結果,可以振蕩所需的頻率.另外,通過電氣校正晶體對溫度的影響,可以改變頻率穩定性,并且可以大大提高頻率的穩定性.
創建精確穩定的信號(頻率)是一種晶體器件.該信號(頻率)用作參考信號,并且晶體用于各種場景.來自世界各地的各種高質量信息豐富了我們的生活.從時鐘晶體器件的精確和穩定振動獲得的信號用于快速和準確地(信息通信)和處理(信息處理)傳送大量信息.很簡單,石英的優異穩定性支持現代先進的信息社會.因此,我們稱之為”電子鹽”.”鹽”是生活中不可或缺的,水晶也是電子產品必不可少的.此外,晶體器件不僅用作參考信號源,還具有選擇所需頻率的濾波器功能和檢測微小質量變化的功能.

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成形前后的石英晶體在自然界中有哪些奧秘

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