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晶振的起源史

2025-08-15

一、前言
晶体振荡器作为核心频率控制元件，广泛应用于工业设备，安防监控设备，医疗设备，汽车电子设备，智能家居设备等领域，从宏观视角审视，全球信息化基础设施的构建与晶体振荡器的发展存在本质关联。本文将系统解析晶体振荡器从压电效应发现至纳米级封装的技术发展脉络，揭示其如何通过四次产业革命推动人类科技进程。

二、晶振的发展历史

1.晶振的技术启蒙期

1880年，居里兄弟Jacques和Pierre Curie，研究石英水晶片时，发现在晶片上施加机械应力时，就会产生电荷的偏移，提出压电效应这个概念。

压电效应原理：如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。

1918年，朗之万研究了使用从石英晶体切割的板来开发用于探测潜艇的早期声纳系统。

声纳系统原理：就是将多种声呐功能有机结合在一起，对信息进行综合处理和集中控制，以满足多种战术使用要求的系统。主要功能包括噪声测向、回声测距、声呐脉冲侦测、目标识别和鱼雷报警等。在这项工作中，朗之万使用X切割石英板来生成并检测水中的声波。

1921年，卫斯理大学的凯蒂WG Cady教授为石英晶体振荡器申请了专-利。

对于这项专-利，他使用石英晶体谐振器来控制振荡器的频率，他还描述了使用石英条和板作为频率标准和滤波器。因此，人们普遍认为，凯蒂是第一个使用石英晶体来控制振荡器电路频率的人。

1923年，哈佛大学教授 GW Pierce 开发了一种晶体振荡器电路，该电路将晶体放置在阀门/真空管的栅极和阳极之间。这是皮尔斯振荡器配置的前身。

1925年，西屋电气为他们的广播电台 KDKA 的主振荡器安装了一个晶体振荡器。

范戴克开发了石英晶体谐振器的等效电路。石英谐振器的等效电路，有两个谐振频率，一个是串联谐振频率fS，它是Lg、Cg、Rg 支路谐振时的频率。即：另一个是并联谐振频率fp，它是等效电路的谐振频率。即：由于Cg<C0，所以两个频率非常接近。从石英谐振器的等效电路可以求出它的电抗频率特性。在fS 与fp 之间，呈电感性，在此区域以外，呈电容性。