石英晶体如何工作？

您能用简单的原理图和基本要素来说明石英晶体的工作原理吗？我知道它就像振荡器的稳定器一样，但仅此而已。

石英是压电材料，这意味着如果您对其进行机械变形，它将在其表面上产生电荷。同样，如果在其表面放置电荷，则会在晶体中引起机械应力。石英晶体有益于电路的方式是，晶体在机械上非常像音叉，具有自然的谐振频率，并且压电特性允许将其耦合到电子电路中。由于谐振频率主要由石英的物理尺寸和形状决定，因此您获得的频率参考对温度的敏感性比仅使用LC电路要低得多。

已经有两个很好的答案，所以我将尝试对同一件事给出不同的解释。

背景

因此，在皮尔斯振荡器中，您有一个连接到晶体振荡器的数字系统。

现在您可能已经了解了逻辑门在指定的上升时间下如何切换状态。如果您有时间学习电磁兼容性或仅是高速数字设计（Johnson所著的最好的书），您将了解到可以将其视为各种各样的频率。

水晶做什么

从频域和时域可以通过两种方式查看晶体的功能。由于个人喜好，我将从频域入手。我推动与我一起工作的每位电气工程师熟悉频域。许多问题在这里变得简单，而复杂的响应就有意义。

频域

从频域的角度来看，晶体是具有非常高的Q（品质）因数的特定频率的滤波器。这意味着在您生成的所有这些频率中，您只允许晶体允许通过的特定频率。

时域

另一种方法是考虑将门自己绑起来。如果那里什么也没有，它将产生方波，其频率等于延迟，但是该频率不是非常可靠，并且还会根据许多制造参数而变化。这是晶体影响它的地方。如果晶体上放置有上升沿，它将仅以其选定的频率“通过”信号。突然，由于晶体，100MHz方波变成20MHz正弦波。

有点额外的想法

想知道为什么振荡器会产生这么大的电流？您正在每秒对振荡器电路中的电容充电和放电2000万次。同样，在所有时钟周期中，电路中的许多晶体管都执行相同的操作。如果不需要速度，则32KHz振荡器在微控制器上的功耗很小。

让我知道是否可以说得更清楚。

来自维基百科：

振荡器晶体具有两个导电板，在它们之间夹有一块石英片或音叉。启动期间，晶体周围的电路会向其施加一个随机噪声AC信号，纯偶然的是，一小部分噪声将处于晶体的谐振频率。因此，晶体将开始与该信号同步振荡。当振荡器放大从晶体发出的信号时，晶体频带中的信号将变得更强，最终支配振荡器的输出。石英晶体的窄共振带滤除了所有不需要的频率。

我想提及一些附加功能-非常重要-功能：

• 石英既可以串联工作，也可以并联谐振工作（但是，两个谐振频率都非常接近）。

• 在某些应用中（尤其是对于基于晶体管的振荡器，如Pierce型），石英不是用作谐振电路，而是用作优质电感器。