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石英晶體的軸與壓力

來源:http://m.netflixyz.com 作者:金洛鑫電子 2019年04月01
   其實從晶體的電路圖中可以看到,晶軸,力與壓力一直貫穿石英晶體諧振器的結(jié)構(gòu),因為它的原材料水晶和石英具有壓電效應(yīng),而石英的開關(guān)通過都是菱形的,所以它會有軸線。這些軸線與壓力會影響晶振的頻率和性能,接下來我們就分析下,石英晶體的晶軸與它的壓電與壓力。
壓電效應(yīng):
   Piezo這個詞來自希臘語pizein。這意味著推或按。壓電是指通過機械壓力產(chǎn)生的電荷。某些晶體的機械變形在其表面上產(chǎn)生電荷。這種現(xiàn)象稱為直接壓電效應(yīng)。相反,由電荷引起的晶體變形的出現(xiàn)稱為逆壓電效應(yīng)。兩種效果都嚴(yán)格成比例。晶振的壓電性質(zhì)的先決條件是存在極軸。在晶體學(xué)中,如果在圍繞該軸旋轉(zhuǎn)時,結(jié)晶單元不是全等的,則晶軸被稱為極性。這也稱為不對稱折疊平面。對于石英,x軸是極軸。圖2.4顯示了石英的簡化結(jié)構(gòu)單元。小圓圈表示帶正電的Si離子,較大的圓圈表示帶負(fù)電的O離子。
JTZL1.jpg
SiO2晶格的結(jié)構(gòu):
   如果晶體在X軸方向上受到壓力變形,則正離子和負(fù)離子相互移位。結(jié)果是在X軸方向上的電極化。結(jié)果是在晶振的相應(yīng)表面上的電荷,在這種情況下在X表面上。在Y軸方向上不會發(fā)生極化,因為該軸表示對稱的折疊平面。然而,在圖2.5中的Y軸(F)方向上的壓縮或拉伸應(yīng)力的情況下,也在X方向上產(chǎn)生極化。這個過程稱為橫向壓電效應(yīng)。因此,Y軸也稱為機械軸。所描述的壓電效應(yīng)是可逆的。也就是說,電場的在晶體的X軸的方向在Y-Achse.Man的方向的作用下變形,這也被稱為由它的晶體結(jié)構(gòu)中的間接Piezoeffekt.Bedingt,我們在三個石英晶體具有完全等效的X軸的是相互之間的角度為120°。每個X軸各有一個Y軸(圖2.6)。
JTZL2.jpg
圖2.6石英的晶軸
   壓電和機械參數(shù)的值取決于它們相對于晶軸的作用方向。因此,與方向相關(guān)的分量可以類似地索引,或者使用軸的名稱,或者在壓力分量的情況下通過計數(shù)1;2;3為方向X;Ÿ;Z.剪切分量(剪切應(yīng)力)的計數(shù)按照指數(shù)4進(jìn)行;5;6.表面由垂直于所討論表面的軸的名稱表示(圖2.7)。如果在同一方向或另一個方向上沒有其他力,我們可以寫出縱向直接壓電效應(yīng):
JTZL3.jpg
   在力Fx(向X方向)的影響下,電荷QX出現(xiàn)在X表面上。比例因子是X方向d11的壓電模塊。利用電極Ce的容量,我們可以計算出位于電極上的電壓U:
JTZL4.jpg
   Ce=電極電容,CL=測量組件的負(fù)載能力。力F產(chǎn)生的變形一般由胡克定律描述:
JTZL5.jpg
   G=伸長率;F=機械張力;E=膨脹模量(彈性模量);“=伸長率(=1/E)
JTZL6.jpg
圖2.7力的分度
   在攻擊力方向上由正常張力1引起的伸長導(dǎo)致橫向于力的方向的縮短d。長度相對變化的比率是泊松數(shù)或橫向收縮:
JTZL7.jpg
   對于各向異性體,彈性性質(zhì)變得高度方向性,即。在變形中,應(yīng)力張量的6個分量中的每一個都是變形張量的相關(guān)6個分量的線性函數(shù),反之亦然。根據(jù)胡克的廣義定律,我們得到了36個比例常數(shù),描述了壓力和應(yīng)變之間的關(guān)系。隨著所討論石英晶體對稱性的增加,這個數(shù)字迅速減少,石英數(shù)量減少到6個。根據(jù)圖2.7,我們得到了組件:
   彈性應(yīng)力的壓縮分量F=XX;YY;ZZ。
   彈性應(yīng)力的剪切分量F=YZ;ZX;XY;=ZY;XZ;YX。
   擴展的組成部分g=xx;YY;ZZ;YZ;ZX;XY。
   膨脹系數(shù)的分量“=sij膨脹系數(shù)的分量E=cij
   因此,胡克定律是通用的:x=-sX或X=-cx
   對于石英,我們現(xiàn)在可以描述應(yīng)力,變形極化和場強之間的關(guān)系:
變形作為電場強度的影響Ex:
JTZL8.jpg
極化:
JTZL9.jpg
收費:
JTZL10.jpg
2.6石英部分
   為了獲得某些特性,通常是諧振頻率的最小溫度響應(yīng),同時所需波形對壓電效應(yīng)具有良好的電激勵性,最佳角度(切割角度)導(dǎo)致振動體(諧振器)從進(jìn)口晶振中切出,如圖2.8所示。切割的名稱來自切割角度的字母列表,這導(dǎo)致室溫下的最小溫度系數(shù)。字母T代表溫度補償。另一個規(guī)則表示沿著結(jié)晶軸的切口,正?;蚪拼怪庇谡駝悠鞯闹鞅砻?。還有特殊的削減,z。B.與其他振動模式(AC部分)的低耦合或機械應(yīng)力的頻率變化特別低(SC部分=應(yīng)力補償)。
JTZL11.jpg
圖2.8.石英部分
   在大自然中石英雖然不像石油那么稀缺和珍貴,因為可以通過人工培植利用,而且效果甚至比天然的石英更好,晶體的結(jié)構(gòu)和材料也比較簡單,但是想要完美的應(yīng)用石英,仍然還有待研究。石英水晶振子的重要材料就是石英,國內(nèi)外的晶振廠家可以說已經(jīng)非常熟練掌握晶體制造技術(shù)了,未來也會給廣大用戶帶來,性能更好,成本更低的石英水晶組件產(chǎn)品。
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