發布時間:2021-05-26
說到“晶振”,或者晶體諧振器(Crystal resonator),你一定不陌生,很多電子產品中都有它的身影,網上隨便一搜就可看到很多:
特別的,如果你有帶電子手表的習慣,那么拆開手表,里面驅動計時的就是一顆晶振,它有著32.768KHz的振蕩頻率:
為什么是32.768KHz這個頻率?這里我們暫且不表,先來講述一些關于晶振的基本概念。
我們把晶振的外殼去除,可以看到內部是一種半透明的材質,外加兩個引出的電極引腳:
這種半透明的材質叫做“石英”晶體(Quatz)。石英由硅元素(Si)和氧元素(O)構建而成,結晶時,其原子在空間上排列非常規則(白色代表Si,紅色代表O):
由于這種空間上的特殊排列組合,在沒有被擠壓的時候,晶格的中心位置上正負電抵消,是0電勢,但是當受到外在壓力時,晶格的中心位置上的電勢會偏移,從而產生電壓。
這種現象就是“壓電效應”:當對壓電材料施以壓力時,能產生電;反過來,當給壓電材料通電,能產生形變。
譬如,我們用對石英晶體進行敲打,能用萬用表測得電壓的變化:
可以想象,石英這種壓電材料,其實質就是將機械能和電能相互轉換,所以有時也被稱為“換能器”(Transducer)。
特別的,每種材料都有自己的共振頻率,如果施加的是交流電,電的頻率和材料本身的共振頻率一致,能量就會在機械能和電能最大化轉換。這種共振頻率取決于石英晶體的切割方式,如由石英晶體的尺寸(厚度)、形狀、振動模式等因素來決定。