石英頻率元件是由硅原子和氧原子組合而成的二氧化硅(SiliconDioxide,SiO2),以32點群的六方晶系形成的單結(jié)晶結(jié)構(gòu)﹝圖一﹞.

 

    單結(jié)晶的石英頻率元件晶體結(jié)構(gòu)具有壓電效應(yīng)特性,當施加壓力在晶體某些方向時,垂直施力的方向就會產(chǎn)生電氣電位.相對的當以一個電場施加在石英頻率元件晶體某些軸向時,在另一些方向就會產(chǎn)生變形或振動現(xiàn)象.掌握單結(jié)晶石英頻率元件材料的這種壓電效應(yīng),利用其發(fā)生共振頻率的特性,發(fā)揮其精確程度作為各類型頻率信號的參考基準,就是水晶震蕩器的設(shè)計與應(yīng)用.

 

    因為石英頻率元件晶體具有很高的材料Q值,所以絕大部份的頻率控制組件,如共振子及振蕩器,都以石英頻率元件材料為基礎(chǔ).以石英頻率元件為基礎(chǔ)的頻率控制組件可以依其壓電振動的屬性,可以分為體波(bulkwave)振動組件及表面聲波(surfaceacousticwave)振動組件.

 

    體波振動組件如石英頻率元件晶體共振子,石英頻率元件晶體濾波器及石英頻率元件晶體振蕩器,表面波振動組件如表面波濾波器及表面波共振子.當石英頻率元件晶體以特定的切割方式,以機械加工方式予以表面研磨,完成特定的外型尺寸就是通稱的石英頻率元件芯片(quartzwafer或quartzblank).

將這個石英頻率元件芯片放置在真空環(huán)境中,于表面鍍上電極后,再以導(dǎo)電材料固定在金屬或是陶瓷基座上,并加以封裝,就成為一般所謂的石英頻率元件晶體共振子(quartzcrystalresonator).利用石英頻率元件共振子在共振時的低阻抗特性及波的重迭特性,用鄰近的雙電極,可以做出石英頻率元件晶體濾波器.將石英頻率元件振蕩子加上不同的電子振蕩線路,可以做成不同特性的石英頻率元件振蕩器.

 

    例如：石英頻率元件頻率振蕩器(CXO),電壓控制石英頻率元件晶體振蕩器(VoltageControlledCrystalOscillator,VCXO),溫度補償石英頻率元件晶體振蕩器(TemperatureCompensatedCrystalOscillator,TCXO),恒溫槽控制石英頻率元件晶體振蕩器(OvenControlledCrystalOscillator,OCXO)…等.相對于體波諧振的是表面聲波的諧振.將石英頻率元件晶振表面鍍以叉狀電極(inter-digital-transducer,IDT)方式所產(chǎn)生的表面振蕩波,可以制造出短波長(高頻率)諧振的表面聲波共振子(SAWResonator)或聲表面濾波器(SAWFilter).