无源晶振的压电常数与切型

来源：金洛鑫浏览：- 发布日期：2018-05-22 17:32:02【大中小】

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无源晶振的压电常数与切型

石英水晶组件大致可以分为两种，一种本身自带电压不需要在外部接入电源的，叫做有源晶振，另一种本身没有电源电压的，叫做无源晶振，大部分的人比较习惯石英晶体，或者石英晶体谐振器。可用性强，用途范围广，可以想得到的电子设备，电子产品，智能类产品，高科技产品大部分都会采用晶振，那么这颗小小的电子元器件是怎么发挥作用的呢？

石英晶体元件是通过逆压电效应进行工作的，所以切型设计与压电常数有关。通过上节讨论，我们已经知道石英晶体压电常数矩阵为：

比较式（2.5.1）和式（2.5.2)可以看出，三斜晶系的独立压电常数分量共18个，而石英晶体谐振器的独立压电常数分量只有2个，即：

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

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

这两个压电常数的数值为：

d11=±2.31×10-12C/N

d14=±0.73×10-12C/N

根据IRE标准规定：左旋石英晶振d11，和d14取正号；右旋石英晶体d11和d14取负号。

压电常数dmj的第一足标m=1，2，3分别表示沿x、y、z方向的压电效应。第二个足标当j=1，2，3时，则分别表示沿x、y、z方向的机械效应（正应力或正应变）；当j=4，5，6时，则分别表示沿x、y、z面的机械效应（切应力或切应变)。从晶振的压电常数矩阵看出：

（1）与x方向电场E1有关贴片晶振的压电常数有d11、d12、d14。这表明，在电场E1的作用下，通过d1可产生沿x方向的伸缩形变（即厚度伸缩）；通过d12可产生沿y方向的伸缩形变（即长度伸缩)；通过d14可产生x面的切变。

（2）与y方向电场E2有关石英贴片晶振的压电常数有d25、d26。这表明，在电场E2的作用下，通过d25可产生沿y面的切变；通过d26可产生z面的切变（即厚度切变）。

由SMD晶振的弹性常数矩阵可以看出，上述形变之间存在弹性耦合作用，为了避免这些耦合作用的影响，应选择合适的切型。这就要求知道压电常数与转角φ1的关系。在旋转y切的坐标系0-x yz中，石英晶体的压电常数矩阵为：

其中，m=cosφ1，n=sinφ1。

压电常数dmj,随角度φ1变化的曲线，如图2.5.1所示。从压电活力考虑，无源晶体压电常数等于零的切角不能采用。最好采用压电常数为最大时的切角。但是为于兼顾其它性能（如温度特性、单频性等），有时只好采用压电常数较小时的切角，例如，（xyt）5°和（xyt）-18.5°切型的设计就与d12有关，而（xyt）5°切型的压电活力高于（xyt）-18.5°切型；（yx1)38°和（yxl）-52°切型（即CT和DT切型）的设计就与d25有关，CT切型的压电活力高于DT切型；（yxl)35°和（yxI）-49°切型（即AT和BT切型）的设计就与d26有关，AT切型的压电活力高于BT切型。

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