晶体是什么？晶体又名石英晶体，自古就以其晶莹剔透的特质而深受人们的喜爱及珍视，有人美其名誉为 “水之灵”，这也许就是晶体又被称之为水晶的原因。
从物理角度来看，晶体，英文Crystal，是一种石英（Quartz ）结晶体矿物，主要化学成份为二氧化硅，化学式为SiO2。1881年法国著名物理学居里发现当晶体板受到机械应力会变形，并发生电极化，此现象被称为“压电效应”。说的更明白一些，即加电后石英晶片就会产生非常稳定的机械振动，而在机械振动时，石英晶片又会产生同频率的时钟信号。 随着电子产品智能化的发展，芯片出现，而芯片的工作离不开这些频率信号作为系统逻辑程序的指导，就如同车辆川流不息的路口需要红绿灯的指导一个道理。
在电子领域，由石英晶片为核心部件做成的频率元件也有人叫做晶体，它还有不少其它名称，如石英晶振谐振器、无源晶振CRYSTAL、Xtal 等，就像同一个人有不同绰号一样。需要注意的是，随着晶体产品的发展，它的家族越来越多样化，目前就其最基本电路应用，除了上述所提到的石英晶体谐振器，还衍生出石英晶体振荡器，别名有 OSCILLATOR，常被人简称为有源晶振、钟振或OSC。
那么，常见晶体都有哪些呢？一般最常见的晶体，即无源晶振，有SMD3225、SMD2520、SMD2016、49S、圆柱2*6、3*8等。如下图为晶诺威科技常见晶体产品：
就拿我们最熟悉的石英表来说，时间的正常显示就离不开一颗晶体32.768KHz，其工作原理如下：
电池为振荡器电路供电，传送电流到石英晶振，石英晶片以每秒32768次的频率振动，并发出脉冲信号，每秒也是32768次，而32768这个数字正好是2的15次方，通过芯片的逻辑计算，可以精确到秒，正好计时。当我们得到“秒”这个时间基本单位时，我们可以借助时钟设备内置软件程序，获得“分”、“时”、“月”、“年”乃至万年历。石英表的计时极为准确，最高能达到270年才误差1秒。
一般情况下，在当今数字电路中的单片机都会用到晶体，因为单片机工作时需要晶体提供稳定精准的时钟信号源。频率与晶片的关系为：晶体频率越高，石英晶片越薄，反之，晶体频率越低，石英晶片则越厚。晶体频偏过大或不起振，单片机工作进程就会中断或混乱，导致不开机。
晶体的作用是什么？在我们日常生活中，晶体的应用非常广泛，小至电子玩具、手机、蓝牙、智能手环、车载导航、大至监控设备，网络基站等。随着科技的高速发展，数据传输需要具备高速性、稳定性及非延时性。在低功耗、小型化、高精度、抗干扰性及稳定性等方面，有源晶振系列开始异军突起，如温补晶振TCXO和压控温补晶振VC-TCXO，其精度可以达到±0.2ppm。
拓展阅读：晶体谐振器及工作原理
晶体谐振器是一种利用石英晶体压电特性，在特定频率下产生高度稳定振动的无源电子元件。 这种稳定振动与振荡电路结合后，可用于生成电子电路的基准”节拍（时钟信号）”。
其主要用途包括：
- 生成电子设备控制电路（MCU/微控制器）的工作时序
- 作为通信设备的频率基准
- 应用于时钟和定时器电路
电子设备要实现精确运行，稳定一致的”节拍”不可或缺，而晶体谐振器正是这一核心功能的关键部件。
晶体谐振器的工作原理基于石英晶体所具有的压电效应（Piezoelectric Effect）。
压电效应是指具有以下两种特性的现象:
对石英晶体施加机械力时会产生电压（正压电效应）
对石英晶体施加电压时会发生形变（逆压电效应）
正是由于这些特性，石英晶体能够实现电能与机械振动之间的相互转换。
压电效应
当对石英晶体施加机械压力时，其表面会产生电荷。
逆压电效应
当向石英晶体施加电压时，晶体会发生形变并产生振动。
当向石英晶体施加交流电压时，晶体会随着电压变化不断伸缩，从而产生振动。此外，石英晶体还具有一种称为”共振（Resonance）”的特性，即在特定频率下能够高效振动，而该频率具有极高的稳定性。
因此，晶体谐振器具有以下特点:
- 频率偏差极小
- 可长期保持稳定运作
- 不易受温度变化影响
正是这种稳定振动，确保了电子电路的精确运行。
此外，晶体谐振器通过压电效应与逆压电效应的不断重复，实现持续且稳定的频率振动。 石英晶片（Quartz Blank）的振动特性取决于其切割方式（Cut Angle）。不同切割方法会形成不同的固有振动特性，这种特性被称为振动模式（Vibration Mode）。
典型的振动模式包括：
厚度剪切振动（Thickness-Shear Vibration）
弯曲振动（Flexural Vibration）
利用厚度剪切振动的代表产品是AT切割晶体谐振器（AT-cut Crystal Unit）；而利用弯曲振动的代表产品则是音叉型晶体谐振器（Tuning-Fork Crystal Unit）。
1、厚度剪切振动：AT切割晶体谐振器
当施加电压时，石英晶片的上下表面会沿相反方向运动，从而产生称为”厚度剪切振动”的振动模式。
AT-cut crystal unit structure
Thickness-shear vibration motion
振动频率：数MHz至数百MHz频段
※1： AT切（AT-cut）是指将人工合成石英相对于Z轴倾斜约35°15′进行切割的方法。由于其优异的频率稳定性和温度特性，是晶体谐振器和晶体振荡器中应用最广泛的石英切割方式。
2、弯曲振动：音叉型晶体谐振器
当施加电压时，石英晶片两侧的叉臂会发生弯曲，从而产生”弯曲振动”。
Tuning-fork crystal unit structure
Flexural vibration motion
振动频率：kHz频段（例如32.768kHz）
电学特性的发现：从宝石到电子科技
石英因其透明且美丽的光泽，自古以来便被作为宝石用于仪式、装饰品以及珠宝首饰，是人们十分熟悉且喜爱的矿物之一。发现这种美丽矿物具有优异电学特性的，是法国物理学家-居里兄弟（Curie Brothers）。
1880年，皮埃尔·居里（Pierre Curie）与雅克·居里（Jacques Curie）发现，对石英、电气石（Tourmaline）、黄玉（Topaz）以及酒石酸钾钠（Rochelle Salt）等晶体施加机械力时会产生电荷，这一现象后来被称为压电效应（Piezoelectric Effect）。”Piezo（压电）”一词来源于古希腊语”Piezein”，意为”按压”或”施压”，用以描述”通过施加压力产生电能”的现象。
随后，这一压电效应被广泛应用于电子技术领域，并发展成为今天的晶体谐振器技术。如今，晶体谐振器已成为通信设备、计算机、汽车电子以及各种现代电子产品的重要基础技术之一。
此外，皮埃尔·居里还因与妻子玛丽·居里（Marie Curie）共同开展放射性元素研究，于1903年获得诺贝尔物理学奖而广为人知。
在智能手机、汽车、物联网（IoT）设备等各种电子产品内部，晶体谐振器（Crystal Unit）已经成为不可或缺的重要元器件。晶体谐振器负责为电子设备产生”运行节拍（时序）”，其精度会直接影响整个产品的运行精度。例如，电子电路需要按照一定的节奏运行，而晶体谐振器就如同电子设备内部的”节拍器”，持续提供稳定且精准的时钟信号。
总结
