A crystal oscillator is an electronic oscillator that uses the piezoelectric effect of quartz crystals to generate stable frequency signals. Crystal oscillators are widely used in various electronic devices, especially in situations that require precise time reference or frequency control, such as microprocessors, communication devices, timers, radio transmitters, GPS receivers, etc.
working principle:
Piezoelectric effect: Quartz crystals have a piezoelectric effect, which means that deformation occurs when an external voltage is applied. Conversely, when the crystal is subjected to mechanical pressure, a voltage is generated on its surface.
Resonance frequency: Quartz crystals have a specific resonance frequency, which is determined by their physical size and cutting method. When the crystal vibrates at this frequency, it exhibits a very high Q value (quality factor), which means it is very stable near the resonance frequency.
Oscillator circuit: A crystal oscillator circuit typically includes an amplifier and a feedback path, where the crystal is placed as a frequency selective element in the feedback path. After the circuit is started, the crystal vibrates at its natural frequency, and the generated signal is amplified and fed back to the crystal, forming a continuous oscillation.

Structural composition:
The basic structure of a crystal oscillator includes:
Quartz crystal: As the core component of frequency control components.
Oscillation circuit: including amplifier, feedback network, and necessary electronic components to maintain and stabilize oscillation.
Packaging: Crystal oscillators are typically packaged in small metal or ceramic shells to protect internal components and provide electrical connections.
Common types:
The common types of crystal oscillators include:
Fundamental oscillator: oscillates using the fundamental resonant frequency of a crystal, typically at a lower frequency, such as a few MHz to several tens of MHz.
Overtone oscillator: Using the overtone mode of a crystal to oscillate, it can generate higher frequencies, such as tens to hundreds of MHz.
Temperature compensated crystal oscillator (TCXO): equipped with a temperature compensation circuit to reduce the impact of temperature changes on frequency stability.
Constant Temperature Crystal Oscillator (OCXO): Equipped with heating elements and temperature control circuits, the crystal is placed in a constant temperature environment, providing extremely high frequency stability.
Voltage controlled crystal oscillator (VCXO): Its output frequency can be adjusted by external voltage.
Digital controlled crystal oscillator (DCXO): uses a digital interface for frequency setting and control.
Application:
Crystal oscillators are widely used in the following situations:
Communication system: such as mobile phones, satellite communication, wireless base stations, etc.
Computers and network devices, such as microprocessors, clocks, routers, switches, etc.
Consumer electronics: such as televisions, DVD players, game consoles, etc.
Industrial and automotive electronics: such as controllers, sensors, in car navigation systems, etc.
Precision measurement and testing equipment: such as frequency meters, signal generators, spectrum analyzers, etc.
Selection and Use:
When choosing a crystal oscillator, the following factors need to be considered:
Frequency stability: Choose the appropriate frequency stability according to the application requirements, especially in environments with significant temperature changes.
Frequency range: Ensure that the frequency range of the oscillator meets the requirements of the equipment.
Package size: Choose the appropriate size of package based on the physical space limitations of the device.
Power supply voltage and power consumption: Consider power supply capacity and energy-saving requirements.
Output type: Select the appropriate output waveform (such as sine wave, square wave) and level.
Proper use of crystal oscillators, including reasonable layout, good grounding and shielding, and appropriate temperature control, is crucial to ensuring their performance and reliability.