石英晶石--石英计时器的核心产物

  数字石英计时器(如电子表或智能手机)依靠一种特殊的振动器——应时水晶来完成计时功能,比弹簧振动器精确得多。应时是由二氧化硅分子组成的固体物质,我们常见的沙子的化学成分是应时。如果这些二氧化硅分子随机排列,形成的固体就是玻璃;如果这些二氧化硅分子排列整齐,形成的固体就是应时。

 

  石英计时器应时晶体有一个特殊的性质:当应时向同一个方向挤压时,它里面的所有电荷会排成一行,沿着固体的长边形成一个净电场。具有这种性质的材料称为压电材料,其中“压电”在希腊语中是“挤压”的意思。压电体是指被挤压时产生电势的固体材料。为了使压电体产生电势,原子离平衡位置的距离必须大于原子自然振动的振幅。对于某些种类的材料和晶体结构,当固体的两面被挤压在一起时,所有的原子都会处于正确的位置,从而产生很大的净电场。

 

  但是,如果要用压电体来达到计时的目的,就必须颠倒上述过程。也就是说,我们对固体施加一个电压,使晶体的两面被挤压在一起,就像受到外力作用一样。一旦电压停止,晶体就会反弹松弛,开始以其固有频率振荡。振荡频率取决于晶体的形状和大小,其范围很广,可能低至每秒数千次,也可能高达每秒数亿次。应时晶体的振荡会产生相应的电压,电压的频率与应时晶体的自然振荡频率一致。我们可以用这个电压来保持石英计时器应时晶体振荡。

 

  石英计时器降频芯片可以将应时晶体的高频振荡变成每秒一次的周期振荡,就像上面提到的咖啡机中的定时器一样。一旦达到设定时间,系统将向另一个芯片发送电压信号。在咖啡机中,只要第二个芯片收到这个信号,咖啡机就会开始工作;在智能手机中,只要第二个芯片接收到这个信号,手机就会开始播放报警音乐。对于智能手机来说,时机很重要。

 

石英晶石