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無源晶振的壓電常數(shù)與切型

來源：金洛鑫瀏覽：- 發(fā)布日期：2018-05-22 17:32:02【大中小】

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無源晶振的壓電常數(shù)與切型

石英水晶組件大致可以分為兩種，一種本身自帶電壓不需要在外部接入電源的，叫做有源晶振，另一種本身沒有電源電壓的，叫做無源晶振，大部分的人比較習(xí)慣石英晶體，或者石英晶體諧振器?？捎眯詮?qiáng)，用途范圍廣，可以想得到的電子設(shè)備，電子產(chǎn)品，智能類產(chǎn)品，高科技產(chǎn)品大部分都會采用晶振，那么這顆小小的電子元器件是怎么發(fā)揮作用的呢？

石英晶體元件是通過逆壓電效應(yīng)進(jìn)行工作的，所以切型設(shè)計(jì)與壓電常數(shù)有關(guān)。通過上節(jié)討論，我們已經(jīng)知道石英晶體壓電常數(shù)矩陣為：

比較式（2.5.1）和式（2.5.2)可以看出，三斜晶系的獨(dú)立壓電常數(shù)分量共18個(gè)，而石英晶體諧振器的獨(dú)立壓電常數(shù)分量只有2個(gè)，即：

d12=-d11,d25= -d14,d26=-2d11,

d13=d15=d16=d21=d22=d24=d31=d32=d33=d34=d35=d36=0

這兩個(gè)壓電常數(shù)的數(shù)值為：

d11=±2.31×10-12C/N

d14=±0.73×10-12C/N

根據(jù)IRE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：左旋石英晶振d11，和d14取正號；右旋石英晶體d11和d14取負(fù)號。

壓電常數(shù)dmj的第一足標(biāo)m=1，2，3分別表示沿x、y、z方向的壓電效應(yīng)。第二個(gè)足標(biāo)當(dāng)j=1，2，3時(shí)，則分別表示沿x、y、z方向的機(jī)械效應(yīng)（正應(yīng)力或正應(yīng)變）；當(dāng)j=4，5，6時(shí)，則分別表示沿x、y、z面的機(jī)械效應(yīng)（切應(yīng)力或切應(yīng)變)。從晶振的壓電常數(shù)矩陣看出：

（1）與x方向電場E1有關(guān)貼片晶振的壓電常數(shù)有d11、d12、d14。這表明，在電場E1的作用下，通過d1可產(chǎn)生沿x方向的伸縮形變（即厚度伸縮）；通過d12可產(chǎn)生沿y方向的伸縮形變（即長度伸縮)；通過d14可產(chǎn)生x面的切變。

（2）與y方向電場E2有關(guān)石英貼片晶振的壓電常數(shù)有d25、d26。這表明，在電場E2的作用下，通過d25可產(chǎn)生沿y面的切變；通過d26可產(chǎn)生z面的切變（即厚度切變）。

由SMD晶振的彈性常數(shù)矩陣可以看出，上述形變之間存在彈性耦合作用，為了避免這些耦合作用的影響，應(yīng)選擇合適的切型。這就要求知道壓電常數(shù)與轉(zhuǎn)角φ1的關(guān)系。在旋轉(zhuǎn)y切的坐標(biāo)系0-x yz中，石英晶體的壓電常數(shù)矩陣為：

其中，m=cosφ1，n=sinφ1。

壓電常數(shù)dmj,隨角度φ1變化的曲線，如圖2.5.1所示。從壓電活力考慮，無源晶體壓電常數(shù)等于零的切角不能采用。最好采用壓電常數(shù)為最大時(shí)的切角。但是為于兼顧其它性能（如溫度特性、單頻性等），有時(shí)只好采用壓電常數(shù)較小時(shí)的切角，例如，（xyt）5°和（xyt）-18.5°切型的設(shè)計(jì)就與d12有關(guān)，而（xyt）5°切型的壓電活力高于（xyt）-18.5°切型；（yx1)38°和（yxl）-52°切型（即CT和DT切型）的設(shè)計(jì)就與d25有關(guān)，CT切型的壓電活力高于DT切型；（yxl)35°和（yxI）-49°切型（即AT和BT切型）的設(shè)計(jì)就與d26有關(guān)，AT切型的壓電活力高于BT切型。