晶體技術(shù)辭典

《晶體技術(shù)辭典》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、技術(shù)辭典一.石英晶體與頻率控制組件六.石英晶體共振子的等效線路及參數(shù)二.石英晶體的壓電特性七.共振頻率(ResonanceFrequency)三.石英的切割角度八.專(zhuān)有名辭四.石英晶體的振動(dòng)模態(tài)九.石英晶體發(fā)振器(CRYSTALOSCILLATORS)五.石英晶體的頻率與溫度特性任何相關(guān)問(wèn)題歡迎E-mail給我們一.石英晶體與頻率控制組件　　石英是由硅原子和氧原子組合而成的二氧化硅（SiliconDioxide,SiO2）,以32點(diǎn)群的六方晶系形成的單結(jié)晶結(jié)構(gòu)﹝圖一﹞.單結(jié)晶的石英晶體結(jié)構(gòu)具有壓電效應(yīng)特性,當(dāng)施加壓力在晶體

2、某些方向時(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軸向時(shí),在另一些方向就會(huì)產(chǎn)生變形或振動(dòng)現(xiàn)象.掌握單結(jié)晶石英材料的這種壓電效應(yīng),利用其發(fā)生共振頻率的特性,發(fā)揮其精確程度作為各類(lèi)型頻率信號(hào)的參考基準(zhǔn),就是水晶震蕩器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.因?yàn)槭⒕w具有很高的材料Q值,所以絕大部份的頻率控制組件,如共振子及振蕩器,都以石英材料為基礎(chǔ).以石英為基礎(chǔ)的頻率控制組件可以依其壓電振動(dòng)的屬性,可以分為體波(bulkwave)振動(dòng)組件及表面聲波(surfaceacousticwave)振動(dòng)組件.體波振動(dòng)組件如石英晶體

3、共振子,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共振子.當(dāng)石英晶體以特定的切割方式,以機(jī)械加工方式予以表面研磨,完成特定的外型尺寸就是通稱(chēng)的石英芯片(quartzwafer或quartzblank).將這個(gè)石英芯片放置在真空還境中,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共振子(quartzcrystalresonator).利用石英共振子在共振時(shí)的低阻抗特性及波的重迭特性,用鄰近的雙電極,可以做出石英晶體濾波器.將石英振蕩子加上不同的電子振蕩

4、線路,可以做成不同特性的石英振蕩器.例如:石英頻率振蕩器(CXO),電壓控制石英晶體振蕩器(VoltageControlledCrystalOscillator,VCXO),溫度補(bǔ)償石英晶體振蕩器(TemperatureCompensatedCrystalOscillator,TCXO),恒溫槽控制石英晶體振蕩器(OvenControlledCrystalOscillator,OCXO)…等.相對(duì)于體波諧振的是表面聲波的諧振.將石英晶體表面鍍以叉狀電極(inter-digital-transducer,IDT)方式所產(chǎn)生的

5、表面振蕩波,可以制造出短波長(zhǎng)(高頻率)諧振的表面聲波共振子(SAWResonator)或表面聲波濾波器(SAWFilter).二.石英晶體的壓電特性　　石英材料中的二氧化硅分子(SiO2)在正常狀態(tài)下,其電偶極是互相平衡的電中性.在(圖二左)的二氧化硅是以二維空間的簡(jiǎn)化圖形.當(dāng)我們?cè)诠柙由戏郊把踉酉路椒謩e給予正電場(chǎng)及負(fù)電場(chǎng)時(shí),空間系統(tǒng)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.相反的情況,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

6、子會(huì)相互靠近,氧原子下方產(chǎn)生感應(yīng)負(fù)電場(chǎng),硅原子上方產(chǎn)生感應(yīng)正電場(chǎng).(圖二).然而,氧原子的水平位置變化時(shí),鄰近的另一個(gè)氧原子會(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形變是形成交互作用狀態(tài).這個(gè)交互作用會(huì)形成一個(gè)在石英材料耗能最小的振動(dòng)狀態(tài),祇要由電場(chǎng)持續(xù)給與能量,石英材料就會(huì)與電場(chǎng)之間維持一個(gè)共振的頻率.這個(gè)壓電效應(yīng)下氧原子的振幅與電場(chǎng)強(qiáng)度及電場(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系慕饘匐姌O產(chǎn)生,電場(chǎng)

7、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.(Fig.2)SimplifiedonedimensionalpiezoelectricityofSiO2三.石英的切割角度　　依據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域及工作溫度需求,因應(yīng)了許多不同的石英切割角度種類(lèi).例如AT-,BT-,CT-,DT-,NT,GT…..等不同的切割板片.不同的切割方向的板片具有不同的彈性常數(shù)張量(elasticconstanttensor),不同的壓電常數(shù)張量(piezoelectricconstanttensor)及不同的介電常數(shù)張量(dielectricc

8、onstanttensor).這些張量在石英組件的設(shè)計(jì)及應(yīng)用上展現(xiàn)了不同的振蕩及溫度特性.(圖三)表現(xiàn)了在Z-plat石英結(jié)構(gòu)上,幾種不同方向的石英板片切割方式.﹝Fig.3﹞OrientationangleofaZ-platequartzcrystal.四.石英晶體的振動(dòng)模態(tài)　　經(jīng)由不同的石英切割角度