压电石英晶体 ppt课件

压电石英晶体
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2019年11月9日星期六
人工石英晶体：
实用的石英晶体绝大部分是 人工培育的。人工石英晶体 收籽晶（Seed）形状和生长 条件的影响有不同的外形。 常见的人工石英晶体有沿y轴 较长的y棒和z面较大的z板。
y-bar z-plate
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2019年11月9日星期六
同一品种的晶体，不论其外形如何，两个相应晶面之间的 夹角保持不变。这个普遍规律被概括为:晶面角守恒定律。 由于外界条件的不同，晶体在生长过程中，这个晶面比那 个晶面可能生长地更快些，甚至有的晶面在外形上并不出 现，但两个对应晶面之间的夹角总是不变。
例如，石英晶体中的两个m面之间的夹角总是12000’，r面 和s面之间的夹角总是11308’。 晶面守恒定律的发现对于 结晶学的发展起了很大的促进作用。例如，从晶面角之间 的关系导致晶体对称性概念的产生。
通常情况，左旋、右旋晶体都使用右手坐标系，这样压电 常数的符号相反；绝大多数人工石英晶体是右旋晶体。
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石英晶体的光轴 电轴 机械轴
z轴与天然石英晶体的上、下顶角连 线重合(即与晶体的C轴重合)。因为 光线沿z轴通过石英晶体时不产生双 折射，故称z轴为石英晶体的光轴。 x轴与石英晶体横截面上的对角线重 合(即与晶体的a轴重合)，因为沿x方 向对晶体施加压力时，产生的压电效
有需要进行时间、频率控制的电路，就有压电石英晶体谐振 器：电子表、雷达、计算机、电视、冰箱、GPS、MP3、 U-disc …
为什么需要压电谐振器：是作为时间频率控制的标准；控 制精确，受环境温度影响小，机电一体；
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为什么使用石英晶体
高频：几何尺寸小； 不随温度变化：零温度系数切型； 无磨损：高机械品质因子；mechanical quality factor 形成电信号：压电效应 价格低廉、性能稳定等一系列优良品质！
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压电石英晶体
王春雷 山东大学 物理学院 晶体材料国家重点实验室
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• 石英晶体：
– 石英晶体的结构、培育、主要特性、质量检验、缺 陷和电清洗
• 压电效应：
– 压电效应、压电方程、切型和定向、旋转坐标系、 频率温度系数
• 振动模式：
– 振动模式、压电振子的等效电路、机电类比和机电 网络
• 谐振器和振荡器：
– 谐振器的等效电路、振动模式；振荡器原理
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参考书目： 秦自楷 等，《压电石英晶体》，国防工业出版社，
北京，1980 张沛霖，钟维烈 等，《压电材料与器件物理》，
山东科学技术出版社，济南 1997
LCR振荡电路可以输出一定频率的电压信号：其输出频 率随温度变化，原因是L、C、R的参数值随温度有变化。
压电石英晶体谐振器：高频、不随温度变化、无磨损、 形成电信号
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2019年11月9日星期六
压电石英晶体谐振器和振荡器： 高频：几何尺寸小； 控制精确 不随温度变化：零温度系数切型；ppm 无磨损：高机械品质因子；mechanical quality factor 形成电信号：压电效应
在压电材料中，石英晶体的压电性时比较弱的！ 人们一直在寻找更强压电性的晶体替代石英晶体： GaPO4, AlPO4, La3Ga5SiO14(LGS)，RCaO4(BO3)3
(R=La、Gd、Y……)低对称性晶体
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石英谐振器应用
计算机主板
计算机显示百度文库 U盘
石英晶体
石英晶体的结构、培育、主要特性、 质量检验、缺陷和电清洗
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石英的晶体外形
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压电石英晶体
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Quartz crystal
理想石英外形： 分为左旋石英和 右旋石英晶体 成分：SiO2 二氧化硅 二氧化矽
Silicon dioxide
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石英晶体各晶面法线夹角
两个晶面
夹角
两个晶面
夹角
mm
600
Rr
4618’
mR
3813’
sR
2858’
mr
3813’
sr
2858’
ms
3755’
sx
2554’
mx
121’
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石英晶体的晶轴和坐标轴： 石英晶体属于32点群，其中：c轴 是三重轴，a、b轴是二度轴。 人工石英晶体的外形不同于理想 石英，但是晶轴和坐标轴的选择 是完全一样的。 石英晶体分为左旋右旋之分；有 的文献左旋晶体用左手坐标系， 右旋晶体用右手坐标系；这样压 电常数的符号相同；
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为什么需要压电谐振器 压电石英谐振器=时间/频率标准
早期计时工具：沙漏
机械时代：单摆或者复摆，钟表、手表；分辨率（解析率） resolution 秒的量级；提高resolution，让计时更准确： 更小的摆轮，运动会计时用的秒表：比如百米时间 9’18
晶体基本知识，介电、弹性、压电、铁电基本知识； 压电效应和压电方程，振动模式和等效电路…… 《电介质材料和器件》 苏文斌 晶体材料和陶瓷材料的成分、结构和主要性质，生长制备 方法等…… 《电介质测量》赵明磊 介电测量、压电测量、铁电测量原理和方法……
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压电效应的其他应用
倒车雷达
压电变压器： LCD Devices, Digital Cameras, Lighting Equipment, etc.
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2019年11月9日星期六
山东大学物理学院相关课程设置： 《压电铁电物理》王春雷
摆的原理是：振动一周期的时间至于摆的长度和摆的重量 有关；
T 2 L g
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2019年11月9日星期六
机械时代的单摆计时标准有以下问题： （1）计时不准确：时间分辨率（解析率低） 秒的量级； （2）计时不准确：受外加环境影响大--摆的长度变化，热
胀冷缩，一般是摆的下端加调节螺栓达到修正摆的长度 的功能（优势）；机械磨损，手表中的部件使用钻石； （3）机械振动，无法成为电路中的电学量的时间频率标准！