石英諧振器問世之前,電子產品主要用LC制作振蕩器,其頻率穩定度只能達到10^-4量級,遠不能滿足人們的需要.自1880年居里夫婦發現“壓電效應”起,揭開了人類利用“石英穩頻”的序幕.41年后（1921年）英國人Cady用X切50khz晶體制成了世界上第一臺石英晶體振蕩器,頻率穩定度為10^-5量級,比LC振蕩器提高了一個數量級,將其用于無線電廣播,播出了當時穩定度最高的無線電信號,因其了強烈的反響.1927年石英鐘問世,當時它作為“一級頻率標準”,科學家依次發現了地球自轉的不均勻性,結束了以地球自轉為基礎的“地球時鐘”之歷史使命.

石英諧振器的技術水平決定了石英晶體振蕩器的水平.科技工作者為提高石英諧振器的技術性能付出了辛勤的勞動.1934年德國的Bechman、英國的Lack和日本的古賀兒乎同時發現了具有優良溫度頻率特征的AT、BT切石英諧振器.1937年后又相繼研制出了CT、DT、 ET、FT切石英諧振器.1940年Mason發現了GT切小溫度系數諧振器,這就為研制高穩定度的晶體振蕩器打下了基礎,用它制作的晶體振蕩器其頻率穩定度達10^-8量級而成為第二代“一級時間頻率標準”.1952年英國貝爾實驗室Warner研制成功AT切五次泛音的5MHZ、2.5MHZ高精度石英諧振器,其Q值達（2.5~5）*10^-6,用它制作的高穩晶體振蕩器頻率日穩定度達10^-10以上,這是晶體振蕩器發展史上的又一個里程碑.1961年至1974年,Lagosec、Holland等研制出了雙轉角IT、PT、SC切諧振器.SC切諧振器具有應力、溫度雙重補償的優良性能,為研制高穩定度的晶體振蕩器提供了可靠的物質保障.

近年來法國Besancon利用嚴密的工藝制作了無電極式諧振器（BVA石英諧振器）,它不存在電極膜應力老化影響,降低了表面損耗,故使Q值更高,用AT切BVA制作的高穩晶體振蕩器其頻率穩定度達5.4*10^-14/128s、老化率為5*10^-12/d.用SC切BVA制作的高穩晶體振蕩器其頻率穩定度會更高,這類晶振的頻率秒級穩定度可達10^-14/s、老化率達5*10^-12/d,這個指標已非常接近原子鐘的水平.可以說SC切BVA石英諧振器是當今世界上最優良的石英諧振器,它標志著晶體振蕩器發展史上的第三個里程碑.

考察石英晶體振蕩器的發展史可以看出：

（1）石英諧振器的技術水平和性能指標決定著晶體振蕩器的技術水平和性能指標,前者的設計水平與制作工藝技術的每一突破都為后者的性能指標帶來了一次飛躍.

（2）晶體振蕩器的頻率準確度大約每20年提高一個數量級.例如1940年為10^-3~10^-4,1980年為10^-5~10^-6,2000年為10^-6~10^-7.晶體振蕩器的頻率穩定度大約每10年提高一個數量級,例如1960年研制水平10^-4/（0.1~10）s,少量產品為10^-8/（0.1~10）s,大量產品為10^-6/（0.1~10）s,1980年在相同抽樣時間內分別為10^-12、10^-10、10^-8,2000年分別達到10^-14、10^-12、10^-10.

（3）電子技術的發展,促進了晶體振蕩器的發展,反過來后者又推動了前者的進步.

（4）半導體技術的發展、電子元件性能的提高促進了晶體振蕩器性能的提高,為減小晶體振蕩器的體積、降低功耗提高了可靠的保證.

（5）隨著晶體振蕩器性能的提高,要求測試計量設備的性能必須更高,這必然會促進測試計量設備的研制與生產.反之,只有具備高性能的測試計量設備,才能研制、生產出高性能的晶體振蕩器.

（6）研制、生產晶體振蕩器的自動化測試設備,是提高晶體振蕩器生產效率,保證其質量的必由之路.

石英諧振器與晶體振蕩器歷經136年的發展,一路的心酸坎坷,才發展到如今的小體積高性能的晶振.這里帝國科技要感謝居里夫人和科學家們的不辭辛苦,為我們當今的科技革命帶來高速的發展.

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石英諧振器與晶體振蕩器的三個發展里程碑

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