高質量RC振蕩器的穩定性預計在0.1%左右，而通常我們可以假設LC振蕩器的穩定性高達0.01%。當需要更高水平的穩定性時，我們必須使用基于晶體的振蕩器電路。

與LC網絡相比，晶體在振蕩器電路中如此重要的主要原因是其高度的穩定性，可確保精確的振蕩頻率，幾乎沒有高輸出幅度。

LC 共振與晶體共振

與LC電路相關的電磁共振相反，我們發現壓電晶體的機電共振。唯一的區別是晶體可以簡單地通過機器加工，以獲得接近百萬分之10（ppm）的固有頻率的高精度結果。

晶體中使用哪種材料

許多晶體材料，其中石英恰好是一個主要的例子，具有這些材料在暴露于機械應力時能夠產生電場的特性。另一方面，石英材料一旦暴露在電場中，往往會發生物理變形。這種現象稱為壓電效應。因此，您可以切割晶體，使其在暴露于交流電場后立即以某個指定頻率進行物理振蕩。

盡管石英是最常用的物質之一，但其他材料，例如鉭酸鋰、氧化鉍鍺、鈮酸鋰和磷酸鋁也應用于多種應用。

此外，您會發現陶瓷元素，例如用于制造晶體的PZT陶瓷，其中涉及鉛，鋯和鈦的固體溶液。另一個壓電類別包括聚氯乙烯和二氟聚乙烯等聚合物。對于這些材料，壓電特性取決于這些材料的加工方式。

使用上述材料的細塑料薄膜首先加熱，然后受到強大的電場，隨后在室溫下冷卻。這個過程有助于物質的極化，隨后獲得壓電屬性。

晶體電子建模

從電子角度來看，如下圖所示的RLC電路可以作為模擬晶體工作的模型來實現。

電感L可以與石英片的質量進行比較。電容器C與石英片的剛性進行比較。電阻R對應于由于晶體中發生的物理失真而發生的能量損失。

另一個電容器Co的行為類似于涂覆在石英材料兩側的導電電極之間的電容。

通常，L可以是非常大的電感，而C的值非常低。例如，在適當切割以200 kHz振動的晶體中，L可以是27 H，C基本上可以是0.024 pF，R可以是2 kΩ，C0可以是9 pF。

像這樣的星等通常在計算機模擬中對晶體行為進行建模時使用。所使用的L與C比非常高，我們可以通過使用真正的電子零件獲得，為晶體提供極高的Q（品質因數）。

晶體的Q因數通常在100，000左右，而大多數LC網絡的Q值僅在幾百范圍內。

串聯和并聯諧振模式下的工作晶體

您可以在串聯共振模式或并聯共振模式下操作晶體。當應用于串聯諧振模式時，晶體的行為類似于串聯連接的電容器和電感。晶體阻抗可以最小（僅對應于R）。

當在并聯諧振模式下使用時，晶體的工作原理類似于并聯的電感器和電容器。在這種模式下，晶體的阻抗在施加的諧振頻率下增加到最高水平。

晶體的切割方式通常允許它們在串聯或并聯共振模式下以最佳方式運行。

晶體的切割決定了晶體將如何振蕩，振動的方式以及實現所需的晶體薄膜的大小。如果晶體被激發為縱向振動函數，則可以使用以下給定公式粗略計算諧振頻率。

fo= 2.7 x 103/ 升

這里L表示晶體的大小參數，其中單位將以米為單位。公式中的數值常數表示晶體振動的相速度。

因此，如果所需的頻率fo選擇為100 kHz，則L必須為2.7cm。如果 fo 要求為 10 MHz，則 L 為 0.27 mm

晶體基頻和泛音頻率

此外，它們的切割方式通常允許它們在基波模式或諧波（泛音）模式下工作。

泛音是晶體基頻的奇次諧波，確保晶體能夠在基波和諧波下工作。例如，如果我們有一個晶體切割以 100 kHz 振蕩，那么它也應該以 300 kHz、500 kHz、700 kHz 和其他更大的諧波振蕩。

晶體限制

我們在晶體中可能發現的缺點之一是，當晶體被切割成包含較大的基頻時，最終可能會變得非常薄。因此，它很容易受到物理損壞和破損。

基模晶體的最高頻率限制約為 70 Hz。 用于在可能數百MHz范圍內的頻率下工作的晶體被切割，以便它們獲得略低的基波范圍，但可以在諧波模式下進行控制。

通過這種方法，可以獲得晶體的最大振蕩頻率約為500 MHz。

晶體的熱穩定性

熱穩定性在某些振蕩器應用中至關重要。溫度系數由晶體的切割方式決定。例如，流行的AT-cut在?55°C至+105°C的溫度范圍內提供溫度系數約為±0.002%的晶體。

該溫度系數范圍相當于大多數電容器的一定百分比。

為了獲得更高的穩定性，晶體通常在“烤箱”中進行處理。在這個過程中，晶體被切割，以便能夠在可能高于室溫的溫度下獲得最小溫度系數。在這里，烘箱保持在高于室溫的規定。

由于烤箱中使用的高功率參與，涉及巨大笨重的烤箱以及烤箱加熱所需的時間，您可能會發現在此過程中的缺點。

然而，我們得到的高度改進的結果是晶體的熱穩定性增強，大約是千萬分之±5。

隨著高頻通信信道的增加，以及數字電路中時鐘速度的提高，晶體逐漸被陶瓷諧振器所取代。這些陶瓷諧振器通常是PZT陶瓷或類似壓電元件的微小圓盤，可有效處理千兆赫茲范圍內的頻率。

振蕩器中的晶體

由于其高穩定性，晶體用于替代或部分替代大多數振蕩器電路中的LC諧振電路級。

例如，Colpitts振蕩器的晶體控制模型包括晶體和電容器，而不是電感L1。

當安裝晶體代替電感器時，頻率設置得更準確。在這種類型的振蕩器電路中，晶體通常以并聯諧振模式控制，在諧振頻率中具有盡可能高的阻抗，從而產生具有非常高幅度的輸出頻率。

下圖中所示的皮爾斯振蕩器是一個示例，它展示了在串聯諧振模式下工作的晶體。反饋通過晶體引導，當晶體在串聯模式下諧振時，它達到最大電平，使用最小阻抗。

請注意，該振蕩器可以在需要調諧電路的情況下可靠地工作，只需依靠晶體即可決定其振蕩頻率。晶體振蕩器不僅功能非常準確，而且通常是最快的振蕩器之一。當今的數字電路需要極快的時鐘來操作它們，頻率可能在數百兆赫茲之間。

表面聲波器件

您會發現一些與表面聲波 （SAW） 器件配合使用的最快振蕩器。它們是微小的壓電物質條，其末端鍍有許多電極，如下所示。

在可以是輸入端的一端，當在電極之間施加電場時，會導致帶材的外部變形。該動作產生沿帶材表面積傳播的振動波。這就像一個聲波，能夠以非常高的速度穿過條帶，與大約3000米/秒的聲速一樣快。幾分之一秒后，一旦波涌入延伸到另一端，可以是條帶的輸出，與波有關的電場就會在連接的電極上產生電位差。

由于兩端電極之間的間隙可以確定哪個頻率會更強烈地饋入SAW并從另一端檢索，因此SAW通常用于帶通濾波器。波穿過條帶所需的時間為濾波器提供了延遲塊單元的特性。

當用作振蕩器的元件時，SAW延遲塊可以完全按照上述方式在相移濾波器的RC網絡中使用。產生180°相移所需的時間非常短，因此，這種振蕩器的頻率非常高。通常，它們的范圍高達2 GHz左右。 在反饋回路中使用介電諧振器的振蕩器甚至可以超出2 GHz范圍。在這個層面上，我們可以有效地進入微波頻譜，它具有自己的特殊特征。