振蕩器使用壓電材料（大多數(shù)情況下是石英晶體）的機(jī)械共振，以邏輯兼容方波的形式生成具有穩(wěn)定頻率的時(shí)鐘信號(hào)。以這種方式產(chǎn)生的信號(hào)使系統(tǒng)的其他電子元件同步，因此對(duì)于完美運(yùn)行的最終產(chǎn)品至關(guān)重要。大多數(shù)需要“頻率控制產(chǎn)品”，即石英晶體和振蕩器等頻率確定產(chǎn)品今天的電路以及隨著技術(shù)的增加，幾乎每天都會(huì)出現(xiàn)新的應(yīng)用程序和可能的用途。

壓電現(xiàn)象-材料在施加壓力時(shí)產(chǎn)生電壓的能力-由雅克和皮埃爾居里兄弟于1880年首次發(fā)現(xiàn)。

這一發(fā)現(xiàn)為1917年著名的貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的AlexanderM.Nicholson最初使用羅謝爾鹽晶體的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。1921年，WalterGuytonCady發(fā)明了第一個(gè)石英振蕩器。核心是振蕩石英，它是通過(guò)壓電效應(yīng)產(chǎn)生振蕩的。如果通過(guò)氣相沉積電極向石英板（二氧化硅，SiO2）施加電脈沖，則晶格結(jié)構(gòu)會(huì)變形。這進(jìn)而導(dǎo)致電荷偏移，進(jìn)而導(dǎo)致電信號(hào)（電壓）。通過(guò)逆變器（反饋）放大，石英在某些條件下開(kāi)始以其諧振頻率振蕩。頻率很大程度上取決于石英晶體薄片（也稱為坯料）的尺寸、厚度和形狀以及材料常數(shù)。

無(wú)線電技術(shù)中的石英振蕩器

在1920年代和1930年代，無(wú)線電的發(fā)明及其不斷增加的使用以及無(wú)線電發(fā)射器的普遍構(gòu)造導(dǎo)致了對(duì)這些晶體振蕩器的商業(yè)需求。在使用晶體之前，無(wú)線電臺(tái)使用調(diào)諧電路來(lái)控制頻率，這些調(diào)諧電路可以輕松地將頻率降低3到4kHz。發(fā)射機(jī)被分配的頻率僅相隔10kHz，因此由于頻率漂移，發(fā)射機(jī)之間經(jīng)常存在重疊。

晶體振蕩器解決頻率漂移問(wèn)題

由于現(xiàn)在使用的石英振蕩器具有出色的頻率穩(wěn)定性，解決了電臺(tái)之間的頻率漂移問(wèn)題，讓更好的聆聽(tīng)體驗(yàn)成為可能。隨著1950年代數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，需求急劇增加，需要一種用于種植合成石英的商業(yè)工藝。這最終也是由貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的，它可以可靠地滿足振蕩器電路中對(duì)晶體的巨大需求.

晶振心臟的制作

時(shí)至今日，人工制造的晶體是振蕩器最常見(jiàn)的基礎(chǔ)。使用水熱合成法，石英是在350至400°C的溫度和100至120MPa的壓力下，在大型高壓釜中從水溶液中生長(zhǎng)出來(lái)的。天然石英石用作營(yíng)養(yǎng)物，在這些條件下會(huì)緩慢溶解。由于高壓釜中保持的溫差，所得溶液流入高壓釜的生長(zhǎng)區(qū)以生長(zhǎng)成純石英。使用這種方法，可以生產(chǎn)出高純度和高質(zhì)量的完美生長(zhǎng)的石英晶體，也適用于最現(xiàn)代的應(yīng)用。

然后將得到的石英棒切割成晶片。為此，必須首先使用X射線設(shè)備確定X/Y/Z軸的位置。由于石英的溫度穩(wěn)定性受切割角度的影響，因此精確切割尤為重要。百分之九十的水晶都是用所謂的AT切割制成的。石英以與原始錠的Z軸成35°15'的角度切割。

石英晶體諧振器原錠采用專用多片鋸切割，可配備激光折光儀和緊固、上膠裝置。然后可以將石英錠粘合在一起，使其結(jié)晶角對(duì)齊，然后制成偏差約為10角秒（1度的360度）。

AT切割晶體的溫度曲線大致對(duì)應(yīng)于y=x³，切割角度的偏差會(huì)影響曲線的走向和最終產(chǎn)品的頻率穩(wěn)定性。

生產(chǎn)，然后控制，最后排序

為了獲得滿足角度精度要求高的晶體，必須大量生產(chǎn)，然后再進(jìn)行檢查和分類，超出公差的晶體用于其他規(guī)格更廣泛的應(yīng)用。

制作完坯料后，必須設(shè)置石英的振蕩頻率。它與石英的質(zhì)量成反比。對(duì)于AT切割毛坯，零件的振動(dòng)頻率約為1680除以厚度（以毫米為單位）。例如，一個(gè)10MHz的晶體必須經(jīng)過(guò)研磨、研磨、蝕刻和拋光到大約0.168mm的厚度。任何處理步驟都可能發(fā)生碎裂、開(kāi)裂、劃痕或并行度丟失，這可能導(dǎo)致最終產(chǎn)品發(fā)生故障并導(dǎo)致雜散信號(hào)，或者在某些情況下會(huì)導(dǎo)致頻率突然變化。通常，實(shí)際使用的最高基頻約為40MHz。然而，有許多技術(shù)也可用于產(chǎn)生更高的頻率.