石英是由硅原子和氧原子组合而成的二氧化硅（SiO₂），以32点群的六方晶系形成的单结晶结构。

单结晶的石英晶体结构具有压电效应特性。当施加压力在晶体某些方向时，垂直施力的方向就会产生电气电位。相对的当以一个电场施加在石英晶体某些轴向时，在另一些方向就会产生变形或振动现象。掌握单结晶石英材料的这种压电效应，利用其发生共振频率的特性，发挥其精确程度作为各类型频率信号的参考基准，就是水晶振荡器的设计与应用原理。因为石英晶体具有很高的材料Q值，所以绝大部份的频率控制元件，如谐振器及振荡器，都以石英材料为基础。以石英为基础的频率控制元件可以依其压电振动的属性，可以分为体波（bulk wave）振动元件及表面声波（surface acoustic wave）振动元件。体波振动元件如石英晶体谐振器，石英石英晶体振荡器及晶体滤波器，表面波振动元件如表面波滤波器及表面波共振子。

当石英晶体以特定的切割方式，以机械加工方式予以表面研磨，完成特定的外形尺寸就是通称的石英晶片(quartz wafer或quartz blank)。将这个石英晶片放置在真空环境中，于表面镀上电极后，再以导电材料固定在金属或是陶瓷基座上，并加以封装，就成为一般所谓的石英晶体谐振器（quartz crystal resonator）。利用石英共振子在共振时的低阻抗特性及波形的重叠特性，用邻近的双电极，可以做出石英晶体滤波器。将石英振荡子加上不同的电子振荡线路，可以做成不同特性的石英振荡器，例如：电压控制石英晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator, VCXO)，温度补偿石英晶体振荡器(Temperature Compensated Crystal Oscillator ,TCXO),恒温槽控制石英晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator, OCXO)…

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