標(biāo)題: 這樣將堅硬的石英煉化為時間 [打印本頁]
作者: hubaba    時間: 2016-3-28 13:48
標(biāo)題: 這樣將堅硬的石英煉化為時間
摘要

紳士三大件：皮鞋、腰帶、手表，一塊做工精良的瑞士表一直是男士品位的重要小標(biāo)簽，自從石英表誕生以來一直廣受青睞，那石英鐘表為什么那么撩人？

石英鐘表為什么那么撩人？因為準(zhǔn)。


紳士三大件：皮鞋、腰帶、手表，一塊做工精良的瑞士表一直是男士品位的重要小標(biāo)簽，自從石英表誕生以來，就以其走時準(zhǔn)，易保養(yǎng)而廣受青睞，但石英表和石英有什么關(guān)系？


圖1  男士石英表

1、為什么石英晶體能做成高貴的手表

石英晶體，是硅石的一種，其化學(xué)成分是二氧化硅（SiO2），也就是和沙子、水晶相同。從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片稱為晶片（可以是正方形、矩形或圓形等，專業(yè)術(shù)語常見AT cut、BT cut、CT cut、SC cut和X cut），然后在晶片的兩個對應(yīng)表面上涂敷銀層并裝上一對金屬板，就構(gòu)成一個石英晶體產(chǎn)品。大部分晶體都用金屬外殼密封，近年來出現(xiàn)了陶瓷封裝的晶振，能進(jìn)一步縮小晶體的尺寸。


圖2  石英晶體振蕩器

一分鐘等于60秒，一秒等于1000毫秒，能否在一秒里不多不少正好累計夠固定單位的振動決定了手表的精度，而產(chǎn)生這種固定振蕩的電路我們稱之為振蕩電路，而石英晶體正是制成振蕩電路的振蕩源。

2、石英晶體的正確打開方式

石英晶片之所以能做振蕩電路是基于它的壓電效應(yīng)。從物理學(xué)可知，若在晶片的兩個極板間加一電場，會使晶體產(chǎn)生機械變形；反之，若在極板間施加機械力，又會在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。


圖3  壓電效應(yīng)

若在極板間施加交變電壓，晶體就會產(chǎn)生機械變形振動，同時機械變形振動又會產(chǎn)生交變電壓。一般來說，這種機械振動的振幅是比較小的，其振動頻率則是很穩(wěn)定的。但當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率（取決于晶片的尺寸）相等時，機械振動的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，因此石英晶體又稱為石英晶體諧振器。


圖4  壓電振蕩曲線

所以，石英晶體穩(wěn)定優(yōu)良的振蕩特性奠定了其鐘表精確準(zhǔn)時的優(yōu)勢地位。

3、沒有石英，又想要準(zhǔn)時

如果我手上沒有石英，只有一堆常規(guī)的電容、電阻、電感等元器件，怎么辦？

石英晶體的壓電諧振現(xiàn)象可以用下圖的電路模型來表示。等效電路中的 為切片與金屬板構(gòu)成的靜電電容， 和 分別模擬晶體的質(zhì)量（代表慣性）和彈性，而晶片振動時，因摩擦而造成的損耗則用電阻 來等效。石英晶體的一個可貴的特點在于它具有很高的質(zhì)量與彈性的比值（等效于 ），因而它的品質(zhì)因數(shù) 處于高達(dá)10 000~500 000的范圍內(nèi)。

下圖為石英晶體的代表符號、等效電路和電抗特性。


圖5  石英晶體的電路模型與電抗特性





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