石英谐振器问世之前,电子产品主要用LC制作振荡器,其频率稳定度只能达到10^-4量级,远不能满足人们的需要.自1880年居里夫妇发现“压电效应”起,揭开了人类利用“石英稳频”的序幕.41年后（1921年）英国人Cady用X切50khz晶体制成了世界上第一台石英晶体振荡器,频率稳定度为10^-5量级,比LC振荡器提高了一个数量级,将其用于无线电广播,播出了当时稳定度最高的无线电信号,因其了强烈的反响.1927年石英钟问世,当时它作为“一级频率标准”,科学家依次发现了地球自转的不均匀性,结束了以地球自转为基础的“地球时钟”之历史使命.

石英谐振器的技术水平决定了石英晶体振荡器的水平.科技工作者为提高石英谐振器的技术性能付出了辛勤的劳动.1934年德国的Bechman、英国的Lack和日本的古贺儿乎同时发现了具有优良温度频率特征的AT、BT切石英谐振器.1937年后又相继研制出了CT、DT、 ET、FT切石英谐振器.1940年Mason发现了GT切小温度系数谐振器,这就为研制高稳定度的晶体振荡器打下了基础,用它制作的晶体振荡器其频率稳定度达10^-8量级而成为第二代“一级时间频率标准”.1952年英国贝尔实验室Warner研制成功AT切五次泛音的5MHZ、2.5MHZ高精度石英谐振器,其Q值达（2.5~5）*10^-6,用它制作的高稳晶体振荡器频率日稳定度达10^-10以上,这是晶体振荡器发展史上的又一个里程碑.1961年至1974年,Lagosec、Holland等研制出了双转角IT、PT、SC切谐振器.SC切谐振器具有应力、温度双重补偿的优良性能,为研制高稳定度的晶体振荡器提供了可靠的物质保障.

近年来法国Besancon利用严密的工艺制作了无电极式谐振器（BVA石英谐振器）,它不存在电极膜应力老化影响,降低了表面损耗,故使Q值更高,用AT切BVA制作的高稳晶体振荡器其频率稳定度达5.4*10^-14/128s、老化率为5*10^-12/d.用SC切BVA制作的高稳晶体振荡器其频率稳定度会更高,这类晶振的频率秒级稳定度可达10^-14/s、老化率达5*10^-12/d,这个指标已非常接近原子钟的水平.可以说SC切BVA石英谐振器是当今世界上最优良的石英谐振器,它标志着晶体振荡器发展史上的第三个里程碑.

考察石英晶体振荡器的发展史可以看出：

（1）石英谐振器的技术水平和性能指标决定着晶体振荡器的技术水平和性能指标,前者的设计水平与制作工艺技术的每一突破都为后者的性能指标带来了一次飞跃.

（2）晶体振荡器的频率准确度大约每20年提高一个数量级.例如1940年为10^-3~10^-4,1980年为10^-5~10^-6,2000年为10^-6~10^-7.晶体振荡器的频率稳定度大约每10年提高一个数量级,例如1960年研制水平10^-4/（0.1~10）s,少量产品为10^-8/（0.1~10）s,大量产品为10^-6/（0.1~10）s,1980年在相同抽样时间内分别为10^-12、10^-10、10^-8,2000年分别达到10^-14、10^-12、10^-10.

（3）电子技术的发展,促进了晶体振荡器的发展,反过来后者又推动了前者的进步.

（4）半导体技术的发展、电子元件性能的提高促进了晶体振荡器性能的提高,为减小晶体振荡器的体积、降低功耗提高了可靠的保证.

（5）随着晶体振荡器性能的提高,要求测试计量设备的性能必须更高,这必然会促进测试计量设备的研制与生产.反之,只有具备高性能的测试计量设备,才能研制、生产出高性能的晶体振荡器.

（6）研制、生产晶体振荡器的自动化测试设备,是提高晶体振荡器生产效率,保证其质量的必由之路.

石英谐振器与晶体振荡器历经136年的发展,一路的心酸坎坷,才发展到如今的小体积高性能的晶振.这里帝国科技要感谢居里夫人和科学家们的不辞辛苦,为我们当今的科技革命带来高速的发展.

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石英谐振器与晶体振荡器的三个发展里程碑

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