正弦波和方波
在大多数电子测量仪器、电子测试设备、电子故障排除设备、网络设备、智能数码产品等电子系统中，信号发生器是必不可或缺的部分，其核心作用是用来产生特定频率和幅度的不同波形（或信号）。这些信号由信号发生器提供，用于激励各种电子测量设备和处理电路，以便将各种传感器输出信号转换为所需的有用信号。
从信号发生器的激励可以是稳定的交流或恒定的直流信号，并且在某些情况下，它需要改变激励的振幅和频率。由信号发生器产生的一些波形主要包括正弦、削峰正弦波和方形三种类型。在某些应用中，这些波形需要与音频以及无线电频率对接。因此，产生这种具有一定幅度和频率的波形的电路称为振荡器电路。
振荡器概念
用于产生具有恒定幅度和恒定所需频率的输出信号的电路或频率元件称为振荡器，也被称之为波形发生器，它结合了有源和无源电子元件。在振荡器电路中，核心构成部分为晶振。
振荡器的主要功能是将直流电转换为周期性信号或频率非常高的交流信号。振荡器不需要任何外部输入信号即可在输出端产生所需幅度和频率的正弦波或其它重复的波形。
在放大器的情况下，只要在输入端输入信号，能量转换就开始了，即放大器产生一个输出信号，其频率或波形与输入信号相似，但幅度或功率电平通常很高。如果输入端没有输入信号，则输出信号将不存在。相反，要启动或维持转换过程，振荡器不需要任何输入信号。只要直流电源连接到振荡器电路，它就会不断产生输出信号，其频率精度及稳定性由晶振及振荡电路组成部分决定。
注：
晶振主要分为无源晶振和有源晶振两类，无源晶振又被称之为晶体谐振器，需要与合理的谐振电路电路共同组成完整的振荡器电路，而有源晶振则可以称之为一个完整的振荡器。无源晶振输出为正弦波，而有源晶振因内置整形电路，输出以方波为主，直接对接下级数字电路。
- 无源晶振：
晶体谐振器，Crystal，简写为XTAL。双端输出，不需供电。振荡电路在芯片内部。
- 有源晶振：
晶体振荡器，Crystal Oscillator，简写为XO。单端输出，需要供电。振荡电路在晶振内部。
拓展阅读：石英晶体谐振器与石英晶体振荡器有什么区别？通俗讲解结构及频率原理
在智能手机、车载设备、IoT设备等各种电子产品中，都广泛使用着石英晶体谐振器（Crystal Unit）和石英晶体振荡器（Crystal Oscillator）。两者都是产生精确时钟信号的重要电子元件，但其作用和结构却存在较大的区别。
石英晶体谐振器与石英晶体振荡器的区别
与石英晶体谐振器名称相近的还有石英晶体振荡器，但两者承担的功能有着明显差异。
石英晶体谐振器是利用石英晶体的压电效应，在特定频率下产生机械振动的「无源器件」。它本身不能独立工作，必须与外部振荡电路配合使用，才能产生稳定的振荡信号。
而石英晶体振荡器则是在石英晶体谐振器的基础上，内部装有集成振荡电路及输出电路，因此属于「有源器件」，只需提供电源，即可输出稳定的时钟信号。
通常可根据以下需求进行选择：
注重成本和低功耗 → 石英晶体谐振器
注重设计简便及稳定时钟信号输出 → 石英晶体振荡器
石英晶体谐振器的结构
石英晶体谐振器的结构如下图所示：
（石英晶体谐振器内部结构图）
在陶瓷基座内部，安装经过加工至规定厚度和尺寸的石英晶片（Quartz Blank），形成电极并进行固定。
随后，在内部充入惰性气体，并使用金属盖进行密封，以减少外部环境对器件的影响，从而实现长期稳定的频率特性。
石英晶体振荡器的结构
石英晶体振荡器的结构如下图所示：
（石英晶体振荡器结构图）
由于石英晶体谐振器本身不具备振荡电路，因此无法直接输出频率信号。将石英晶体谐振器与振荡电路、输出电路组合，并封装在同一个封装内，就形成了石英晶体振荡器。
此外，石英晶体振荡器还可增加多种功能，例如：
- 电压控制功能（VCXO）
- 温度补偿功能（TCXO）
这些功能能够进一步提高频率稳定性，满足更高精度的应用需求。
石英晶体器件的频率与石英晶片厚度之间的关系
石英晶体器件（包括石英晶体谐振器和石英晶体振荡器）的工作频率由石英晶片的厚度决定。
石英晶片通常采用AT切型※1等特定切割角度加工，并通过精密控制其厚度和尺寸，实现目标频率。
对于AT切型石英晶体，其频率与厚度之间满足以下关系：
AT切型石英晶体频率与厚度关系
频率（kHz）＝ 1670 ÷ 厚度（mm）
由此可见，石英晶片厚度与频率呈反比关系。
例如，当石英晶片厚度为0.1 mm时：
1670 ÷ 0.1 = 16,700 kHz（16.7 MHz）
若将石英晶片厚度减小至0.05 mm：
1670 ÷ 0.05 = 33,400 kHz（33.4 MHz）
可以看出，当厚度减半时，频率提高到原来的约两倍。
也就是说：
石英晶片越厚 → 工作频率越低
石英晶片越薄 → 工作频率越高
因此，要实现更高的工作频率，就必须将石英晶片加工得更薄。
面向高频应用的石英晶体器件中，石英晶片厚度可薄至约10 μm（0.01 mm），约为人类头发直径（约100 μm）的十分之一。
此外，近年来石英晶体器件也不断朝着小型化方向发展，外形尺寸小于1 mm的产品（如0.8 mm × 0.6 mm）已经投入实际使用。为了制造这种小型、高频的石英晶体器件，高精度加工石英晶片的技术至关重要。
※1：AT切型（AT-cut）是指将人造石英相对于Z轴约倾斜35°15′进行切割的一种方式，是目前石英晶体谐振器和石英晶体振荡器中应用最广泛的晶体切型。
总结
石英晶体谐振器和石英晶体振荡器都是电子设备中不可或缺的重要器件，用于产生高精度的频率（时钟）信号。虽然二者用途相近，但在结构和功能方面存在明显区别。
石英晶体谐振器是一种利用石英压电效应，在固定频率下振动的无源器件，需要配合外部振荡电路使用；而石英晶体振荡器则是在石英晶体谐振器基础上集成了振荡电路和控制电路的有源器件，只需提供电源即可输出稳定的时钟信号。
此外，石英晶体器件的性能在很大程度上取决于石英晶片的加工精度和厚度。随着电子设备不断向小型化、高性能方向发展，市场对石英晶体器件也提出了更高的要求，包括更高的精度、更小的尺寸以及更高的频率稳定性。
根据不同的应用场景和性能需求，合理选择石英晶体谐振器或石英晶体振荡器，有助于实现电子设备更加稳定、可靠且高性能的运行。
