嗡~~~晶振，不只是计时

如果你喜欢把各种东西拆开（🐢：能不能装回去我不管），你一定会在石英钟，计时器，闹钟等一堆东西里见过它们：

这就是晶振，也可以叫它的大名：晶体振荡器。

时间都在哪呢？

我们都知道，人们将一天分为24小时，一小时分为60分钟，一分钟分为60秒，一天也就是86400秒。因此，只要有一个可以一天振动86400次的东西为参考，我们就可以以秒为单位计时了。

伟大的伽利略告诉我们，单摆具有等时性，即在非常小的振幅下，单摆做简谐运动的周期跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，跟振幅、摆球的质量无关。依照这个原理，惠更斯制成了第一个摆钟，用它测量了重力加速度的变化。

这并不是我们今天的重点。但是，既然我们知道了摆钟的精确性会受到不同地区变化的重力加速度的影响，因此，物理学家就开始尝试寻找新的可以稳定振动的时间参考。

啪~~~打火机与压电效应

在正式开始讲解晶体振荡器前，我们有必要了解一下压电效应。

压电效应是由雅克·居里与皮埃尔·居里于1880年发现（🐢：没错就是居里夫人的丈夫和大伯子）。具体来说，当对压电材料（如石英，电石）施以物理压力时，材料体内之电偶极矩会因压缩而变短，此时压电材料为抵抗这变化会在材料相对的表面上产生等量正负电荷，以保持原状。这种由于形变而产生电势差的现象称为“正压电效应”。而若欲持续产生电能，须使材料振动。

🐢：正压电效应实质上就是机械能转化为电能的过程。

让我们把这一切倒过来：

如果我们在压电材料的极化方向上通上交变电压，压电材料为抵抗变化，会沿电场方向伸长。这种通过电场作用而产生机械形变的过程称为“逆压电效应”。

一个频率的，好；不一个频率的，坏

现在，我们还有最后一个概念要了解，就是谐振。

晶体与几乎所有的弹性物质都具有自然共振频率，共振频率取决于晶体的尺寸、形状、弹性、与物质内的音速。

而在晶体两极上加交变电压，就会产生机械振动，同时又会产生交变电场。通常，晶体机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值（即共振频率）时，振幅明显加大，这种现象称为谐振。

因此，我们只要把石英晶体切割成特定的形状，就可以让它在我们想要的频率上发生谐振。

我逐渐明白了一切

切开一个开头的晶振，我们可以发现，它的内在长这样：

🐢：没错，就是音叉。

简化一下

是不是很好理解了，现在，我们只需要一个能够提供乱七八糟交变电压的电路来驱动它，方式有很多，但皮尔斯震荡电路最常见。

当给振荡电路通上电时，它会将电路中的噪声放大并传输给晶振，最终，通过晶振将谐振频率的信号选出再传回振荡电路并放大，我们就得到了稳定的信号源了。

但是，音叉晶体振荡器在室温下产生的共振频率接近其目标频率，当温度或增加或减少时频率都会降低。如果不考虑制作误差，以这种石英晶体控制频率的时钟，如运作在比室温低10°C的环境下，每年会比运作在室温下慢2分钟；如运作在比室温低摄氏20°C的环境下，则每年会比运作在室温下慢8分钟。

因此，人们又制作出了温度补偿晶体振荡器。它可以监测环境温度并对输出的信号加以修正。

都到这里了，话说，拿原子钟是不是也可以做振荡器呢？当然可以！在下一期，我们将讲解GPS的原理以及它为啥要带一台原子钟上天。