文档介绍：深圳市锐晶星电子科技有限公司石英晶體諧振器基礎知識培训教材(共 8页) 2007 年7月1日第一章石英晶体的基本特性第一节石英晶体的压电特性图 1-1 示出了石英晶体具有压电效应的两种现象。图 1-1a 当沿 Y 轴加压缩力时,则在 X 轴正端垂直面上,出现正电荷(晶体的伸缩弯曲振动就是按此激起的) 。图 1-1b 中当对晶体施加正切应力时,则在垂直 Y 講座版轴的正端面出现正电荷(晶体的剪切振动就是按此激起的)。图 1-1 晶体加外力示意图上述现象表明石英晶体是一种各向异性的结晶体, 它具有压电效应。当沿某一机械轴或电轴施以压力或拉力, 则在垂直于这些轴的两个表面上产生异号电荷±q。其值与机械压力所产生的机械形变( 位移)X 成正比。即: q=k 1x ﹎﹍(1-1) 式( 1-1 )所表征的效应称为正压电效应,正压电效应是以机械能为因,电能为果的效应。石英晶体还具有逆压电效应。如果在石英晶体片两面之间加一电场 E ,则视电场的方向不同,晶体将沿电轴或机械轴延伸或压缩,延伸或压缩量 X 与电场强度 E 成正比,即: X=K2E ﹍( 1-2 ) 式( 1-2 )所表征的效应称压电逆效应。是以电能为因,机械能为果的效应。由上面的讨论可以看出,正、逆压电效应互因果关系。如果将石英晶体片置于交变电场中, 则在电场的作用下, 晶体片的体积将起压缩和伸张的变化, 由此形成机械振动, 晶体的振动属体波振动, 当晶体片振动时, 逆压电效应使得晶体片具有导电性, 这种压电性叫做压电导电性。石英片固有的振动频率取决于晶体片的几何尺寸、密度、弹性和泛音次数。当晶体片的固有振动频率与加于其上的电场频率相同时, 则晶体片将发生谐振。此时振动的幅度最大, 压电效应在晶体片表面产生的电数值和压电导电性也达最大。因此, 外电路中的交变电流也就最大。这是用以稳定频率的理论基础。第二节石英晶体在不同温度下的各种变体在正常的压力下,石英晶体随着温度的不同共有五种不同性质的变体,即: (1) α石英,其温度低于 573 ℃时为稳态,就是我们通常用的压电石英晶体。(2) β石英,对α石英加温超过 573 ℃时, 即转变为β石英, 它在 573 ℃~ 870 ℃之间为稳态, 但此时没有压电效应, 也不能用作压电元器件了。(3 )磷石英,当对β石英加温超过 870 ℃,β石英变为磷石英,它在 870 ℃~ 1470 ℃之间为稳态。(4 )方石英,当对磷石英加温超过 1470 ℃时,磷石英变为方石英,它在 1470 ℃~ 1710 ℃之间为稳态。(5 )石英玻璃,当对方石英加温超过 1710 ℃时及以后即开始溶化,熔化后的石英,将温度降低也不能上述五种形态可用下式开示: 573 ℃ 870 ℃ 1470 ℃ 1710 ℃α石英β石英磷石英方石英石英玻璃由此看出,我们常用的α石英,其临界温度为 573 ℃。若超过这一温度,它将失去压电效应,这是我们在加工过程中必须十分注意的问题。第三节石英晶体的物理特性各向异性是石英晶体典型的物理特性,它具有以下物理常数。即: ⑴、密度率: 克/ 立方百米; ⑵、折射率:( 或 ), 有旋光性; ⑶、声速:V=E/e E 为杨氏系数, 随方向改变有不同的取值; ⑷、热膨胀系数:平行于光轴 X= × 10(0 ℃时) 垂