对于石英晶体在市场的广泛应用,石英晶振的需求量也是在不断地增长,那么那些生产厂家需要怎么一步步把握生产的技术来把握产品的质量的呢。现在就简单的介绍一下关于生产晶振的其中一项技术。
各类压电方程的选用与边界条件有关,在测量中频与低频石英晶振晶片的谐振频率时,晶片的中心被夹住,而边界却处于机械自由状态。这时边界上的应变为:
Tj|边界=0
应变为:
Si|边界≠0
这样的边界条件称为边界自由条件。应该注意,边界自由条件表示边界上的应力等于零,而晶片内的应力一般并不等于零。但是在远低于石英晶体谐振器谐振频率的情况下,晶片内的应力也可近似认为等于零。所以在边界自由和低频的条件下测得的介电常数,才是自由介电常数εTmn。
若测量电路的电阻远小于晶片的内阻,则可近似认为外电路处于短路状态,这时电极面上没有电荷累积,所以晶片内的E=0(或常数),这样的电学边界条件称为短路条件。在短路条件下测得的弹性常数SEij或CEij称为短路弹性常数。除了上述边界条件外,还有其它边界条件。例如,在测量时,晶片的边界被刚性夹住,这时边界上的应变为:
Si|边界=0
应力为:
Tj|边界≠0
这样的边界条件称为边界受夹条件。应该注意,边界受夹条件只表示边界上的应变为零,而晶片内的应变一般并不等于零。但是在远高于谐振频率的情况下,形变跟不上频率的变化,这时晶片内应变也可近似认为等于零。所以,极高贴片晶振频率下测得的介电常数εSmn为受夹介电常数。
若测量电路的电阻远大于晶片的内阻,则可近似认为外电路处于开路状态,这时电极上的自由电荷保持不变,即电位移D=0(或常数),这样的电学边界条件,称为开路条件。在开路条件测得的弹性系数SDij和CDij称为开路弹性系数。
总之,机械边界条件有两种,即边界自由和边界受夹。电学边界条件也有两种,即开路和短路。为了方便运算,不同的边界条件,就应选择不同的自变量。
例如:
(1)在边界自由和短路的条件下,选择自变量T、E比较方便,相应的压电常数
为d用第一类压电方程。
(2)在边界受夹和短路的条件下,选择自变量S、E比较方便,相应的压电常数
为e,用第二类压电方程。
(3)在边界自由和开路的条件下,选择自变量T、D比较方便,相应的压电常数
为g,用第三类压电方程。
(4)在边界受夹和开路的条件下,选择自变量S、D比较方便,相应的压电常数
为h用第四类压电方程。
在石英晶体振荡器中,一般只用第一类和第二类压电方程。低频时,用第一类(或第三类)压电方程,高频时,用第二类(或第四类)压电方程。此外,还由于石英晶体的压电常数很小,在实际应用中,开路和短路弹性常数是不加区别的,即近似认为SEij=SDij=Sij,CEij=CDij=Cij自由介电常数与受夹介电常数也是不加区别的,即近似认为εTmn=εSmn=εmn。
三、旋转坐标系的压电方程
在绕x轴旋转φ1角后的新坐标系O-x'y'z’中,石英晶体的第一类压电方程为: