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標(biāo)題: 石英晶振的壓電原理和振蕩原理 [打印本頁(yè)]

作者: 揚(yáng)興晶振HXR 時(shí)間: 2015-12-19 12:18
標(biāo)題: 石英晶振的壓電原理和振蕩原理
石英本身的化學(xué)名稱叫二氧化硅，二氧化分子 (SiO2) 在正常狀態(tài)下 , 其電偶極是互相平衡的。在下圖的二氧化硅是以二維空間的簡(jiǎn)化圖形 . 當(dāng)石英在硅原子上方及氧原子下方分別給予正電場(chǎng)及負(fù)電場(chǎng)時(shí) , 空間系統(tǒng)就失去了平衡，為了維持電位平衡 , 兩個(gè)氧原子會(huì)相互排斥 , 在氧原子下方形成一個(gè)感應(yīng)正電場(chǎng)區(qū)域 , 同時(shí)在硅原子上方產(chǎn)生感應(yīng)負(fù)電場(chǎng)區(qū)域 . 當(dāng)我們?cè)诠柙由戏郊把踉酉路椒謩e給予負(fù)電場(chǎng)及正電場(chǎng)時(shí) , 兩個(gè)氧原子會(huì)相互靠近 , 氧原子下方就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)負(fù)電場(chǎng) , 硅原子上方就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)正電場(chǎng) . 然而 , 氧原子的水平位置變化時(shí) , 鄰近的另一個(gè)氧原子就會(huì)相對(duì)的產(chǎn)生排斥或吸引的力量 , 迫使氧原子回到原來(lái)的空間位置 . 因此 , 電場(chǎng)的力量與原子之間的力量會(huì)相互牽動(dòng) , 電場(chǎng)的改變與水平方向的變動(dòng)就會(huì)是形成交互變動(dòng)狀態(tài) . 這個(gè)交互狀態(tài)會(huì)形成一個(gè)在石英材料耗能最小的振動(dòng) , 只要由電場(chǎng)持續(xù)給它能量 , 石英材料就會(huì)與電場(chǎng)之間維持一個(gè)持續(xù)振動(dòng)的頻率，這個(gè)壓電作用下氧原子的振幅與電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)對(duì)二氧化硅的向量角度有相對(duì)應(yīng)的關(guān)系 . 在實(shí)際的應(yīng)用上 , 電場(chǎng)是由鍍?cè)谑⑿酒系慕饘倌ぎa(chǎn)生電極的, 電場(chǎng)與二氧化硅的向量角度則是由石英晶棒的切割角度來(lái)決定 .

石英本身是由硅原子和氧原子組合而成的二氧化硅（ Silicon Dioxide, SiO2 ） , 以 32 點(diǎn)群的六方晶系形成的單結(jié)晶結(jié)構(gòu)。單結(jié)晶的石英晶體結(jié)構(gòu)具有壓電效應(yīng)特性，當(dāng)對(duì)單結(jié)晶體的某些方向施加壓力時(shí) , 垂直施力的方向就會(huì)產(chǎn)生電氣電位 . 相對(duì)的當(dāng)以一個(gè)電場(chǎng)施加在石英晶體某些方向時(shí) , 在另一些方向就會(huì)產(chǎn)生變形或振動(dòng)現(xiàn)象 .這種現(xiàn)象就叫做壓電效應(yīng)。利用其發(fā)生共振頻率的特性 , 發(fā)揮其精確振蕩的性能作為各類型頻率信號(hào)的參考基準(zhǔn) , 就是石英震蕩器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 . 因?yàn)槭⒕w材料具有很高的Q 值 , 所以絕大部份的頻率控制元件 , 如諧振器和振蕩器 , 都以石英材料為基礎(chǔ) . 以石英為基礎(chǔ)的頻率控制元件根據(jù)其壓電振動(dòng)的特性 , 可以分為體波 (bulk wave) 振動(dòng)組件及表面聲波 (surface acoustic wave) 振動(dòng)組件 . 體波振動(dòng)組件如石英晶體諧振器 , 石英晶體濾波器及石英晶體振蕩器 , 表面波振動(dòng)組件如表面波濾波器及表面波諧振器 . 當(dāng)石英晶體用特定的切割方式 , 用機(jī)械加工方式給于表面研磨 , 完成特定的外型尺寸就是通稱的石英芯片 (quartz wafer 或 quartz blank ). 將這個(gè)石英芯片放置在真空環(huán)境中 , 給于表面鍍上電極后 , 再以導(dǎo)電材料固定在金屬或是陶瓷基座上 , 并加以封裝 , 就成為一般所謂的石英晶體諧振器 ( quartz crystal resonator ).

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