石英频率元件是由硅原子和氧原子组合而成的二氧化硅(SiliconDioxide,SiO2),以32点群的六方晶系形成的单结晶结构﹝图一﹞.
单结晶的石英频率元件晶体结构具有压电效应特性,当施加压力在晶体某些方向时,垂直施力的方向就会产生电气电位.相对的当以一个电场施加在石英频率元件晶体某些轴向时,在另一些方向就会产生变形或振动现象.掌握单结晶石英频率元件材料的这种压电效应,利用其发生共振频率的特性,发挥其精确程度作为各类型频率信号的参考基准,就是水晶震荡器的设计与应用.
因为石英频率元件晶体具有很高的材料Q值,所以绝大部份的频率控制组件,如共振子及振荡器,都以石英频率元件材料为基础.以石英频率元件为基础的频率控制组件可以依其压电振动的属性,可以分为体波(bulkwave)振动组件及表面声波(surfaceacousticwave)振动组件.
体波振动组件如石英频率元件晶体共振子,石英频率元件晶体滤波器及石英频率元件晶体振荡器,表面波振动组件如表面波滤波器及表面波共振子.当石英频率元件晶体以特定的切割方式,以机械加工方式予以表面研磨,完成特定的外型尺寸就是通称的石英频率元件芯片(quartzwafer或quartzblank).
将这个石英频率元件芯片放置在真空环境中,于表面镀上电极后,再以导电材料固定在金属或是陶瓷基座上,并加以封装,就成为一般所谓的石英频率元件晶体共振子(quartzcrystalresonator).利用石英频率元件共振子在共振时的低阻抗特性及波的重迭特性,用邻近的双电极,可以做出石英频率元件晶体滤波器.将石英频率元件振荡子加上不同的电子振荡线路,可以做成不同特性的石英频率元件振荡器.
例如：石英频率元件频率振荡器(CXO),电压控制石英频率元件晶体振荡器(VoltageControlledCrystalOscillator,VCXO),温度补偿石英频率元件晶体振荡器(TemperatureCompensatedCrystalOscillator,TCXO),恒温槽控制石英频率元件晶体振荡器(OvenControlledCrystalOscillator,OCXO)…等.相对于体波谐振的是表面声波的谐振.将石英频率元件晶振表面镀以叉状电极(inter-digital-transducer,IDT)方式所产生的表面振荡波,可以制造出短波长(高频率)谐振的表面声波共振子(SAWResonator)或声表面滤波器(SAWFilter).
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