石英是由硅原子和氧原子組合而成的二氧化硅(SiO?),以32點群的六方晶系形成的單結晶結構。單結晶的石英晶體結構具有壓電效應特性,當施加壓力在晶體某些方向時,垂直施力的方向就會產生電氣電位。相對的當以一個電場施加在石英晶體某些軸向時,在另一些方向就會產生變形或振動現象。掌握單結晶石英材料的這種壓電效應,利用其發生共振頻率的特性,發揮其精確程度作為各類型頻率信號的參考基準,就是水晶振蕩器的設計與應用原理。因為石英晶體具有很高的材料Q值,所以絕大部份的頻率控制元件,如諧振器及振蕩器,都以石英材料為基礎。以石英為基礎的頻率控制元件可以依其壓電振動的屬性,可以分為體波(bulk wave)振動元件及表面聲波(surface acoustic wave)振動元件。體波振動元件如石英晶體諧振器,石英石英晶體振蕩器及晶體濾波器,表面波振動元件如表面波濾波器及表面波共振子。
當石英晶體以特定的切割方式,以機械加工方式予以表面研磨,完成特定的外形尺寸就是通稱的石英晶片(quartz wafer或quartz blank)。將這個石英晶片放置在真空環境中,于表面鍍上電極后,再以導電材料固定在金屬或是陶瓷基座上,并加以封裝,就成為一般所謂的石英晶體諧振器(quartz crystal resonator)。利用石英共振子在共振時的低阻抗特性及波形的重疊特性,用鄰近的雙電極,可以做出石英晶體濾波器。將石英振蕩子加上不同的電子振蕩線路,可以做成不同特性的石英振蕩器，例如:電壓控制石英晶體振蕩器(Voltage Controlled Crystal Oscillator, VCXO)，溫度補償石英晶體振蕩器(Temperature Compensated Crystal Oscillator ,TCXO),恒溫槽控制石英晶體振蕩器(Oven Controlled Crystal Oscillator, OCXO)…
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