石英晶體的軸與壓力
來源：http://www.djbyg.com 作者：金洛鑫電子 2019年04月01
其實(shí)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?yàn)樗脑牧纤Ш褪⒕哂袎弘娦?yīng)，而石英的開關(guān)通過都是菱形的，所以它會(huì)有軸線。這些軸線與壓力會(huì)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(gè)詞來自希臘語pizein。這意味著推或按。壓電是指通過機(jī)械壓力產(chǎn)生的電荷。某些晶體的機(jī)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(shí)，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。
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(huì)發(fā)生極化，因?yàn)樵撦S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(gè)過程稱為橫向壓電效應(yīng)。因此，Y軸也稱為機(jī)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(gè)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(gè)X軸各有一個(gè)Y軸（圖2.6）。
圖2.6石英的晶軸
壓電和機(jī)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(jì)數(shù)1;2;3為方向X;Ÿ;Z.剪切分量（剪切應(yīng)力）的計(jì)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(gè)方向上沒有其他力，我們可以寫出縱向直接壓電效應(yīng)：
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(jì)算出位于電極上的電壓U：
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：
G=伸長率;F=機(jī)械張力;E=膨脹模量（彈性模量）;“=伸長率（=1/E）
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：
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(gè)分量中的每一個(gè)都是變形張量的相關(guān)6個(gè)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(gè)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(gè)數(shù)字迅速減少，石英數(shù)量減少到6個(gè)。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(kuò)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(qiáng)之間的關(guān)系：
變形作為電場強(qiáng)度的影響Ex：
極化：
收費(fèi)：
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(shí)所需波形對壓電效應(yīng)具有良好的電激勵(lì)性，最佳角度（切割角度）導(dǎo)致振動(dòng)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(bǔ)償。另一個(gè)規(guī)則表示沿著結(jié)晶軸的切口，正?；蚪拼怪庇谡駝?dòng)器的主表面。還有特殊的削減，z。B.與其他振動(dòng)模式（AC部分）的低耦合或機(jī)械應(yīng)力的頻率變化特別低（SC部分=應(yīng)力補(bǔ)償）。
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?yàn)榭梢酝ㄟ^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(huì)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。
壓電效應(yīng)：
Piezo這個(gè)詞來自希臘語pizein。這意味著推或按。壓電是指通過機(jī)械壓力產(chǎn)生的電荷。某些晶體的機(jī)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(shí)，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。
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(huì)發(fā)生極化，因?yàn)樵撦S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(gè)過程稱為橫向壓電效應(yīng)。因此，Y軸也稱為機(jī)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(gè)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(gè)X軸各有一個(gè)Y軸（圖2.6）。
圖2.6石英的晶軸
圖2.7力的分度
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(kuò)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(qiáng)之間的關(guān)系：
變形作為電場強(qiáng)度的影響Ex：
極化：
收費(fèi)：
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(shí)所需波形對壓電效應(yīng)具有良好的電激勵(lì)性，最佳角度（切割角度）導(dǎo)致振動(dòng)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(bǔ)償。另一個(gè)規(guī)則表示沿著結(jié)晶軸的切口，正?；蚪拼怪庇谡駝?dòng)器的主表面。還有特殊的削減，z。B.與其他振動(dòng)模式（AC部分）的低耦合或機(jī)械應(yīng)力的頻率變化特別低（SC部分=應(yīng)力補(bǔ)償）。
圖2.8.石英部分
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