Кварцевый резонатор. Общие сведения.

Кристаллы некоторых веществ, например, кварца обладают способностью преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот.

Процесс возникновения электрических зарядов под действием механических упругих деформаций называется прямым пъезоэффектом.

Процесс возникновения упругих деформаций под действием приложенных электрических зарядов называется обратным пьезоэффектом.

Кристаллы кварца имеют три кристаллографические оси, вдоль которых свойства кварца одинаковые: Х – электрическая ось; Y – механическая ось; Z – оптическая ось. Кварцевый резонатор представлен на рисунке 5.

 

 

Рис. 5. Кристалл кварца

 

Кварц для технических целей представляет собой пластинку, вырезанную из кристалла.

При изготовлении кристалл распиливают на блоки, ориентированные по осям. Блоки распиливают на пласты, образующие с осями необходимые углы, обеспечивающие нужные электрические свойства. Толщина пластов уменьшается шлифовкой. Из пластов вырезаются заготовки пластинок, которые обрабатываются до необходимых размеров.

В кварцевых пластинках существуют различные виды деформаций, основные виды представлены на рисунке 6:

 

 

а б

 

 

в г

 

Рис. 6. Виды деформаций пластин кварца: а – сдвиг; б – кручение;

в – растяжение; г – изгиб

 

Кроме того существуют различные виды срезов, например: срез АТ – сдвиг по толщине; ВТ – по толщине (в другом диапазоне частот); СТ – кручение; GT – растяжение.

Колебания в кварцевом резонаторе могут происходить как на основной частоте (колебания первого порядка) в этом случае в направлении колебания укладывается половина волны, так и на высших гармониках (колебания n-го порядка).

Электрическое поле к кристаллическому элементу прикладывается с помощью электродов – токопроводная пленка или пластины, контактирующие с поверхностью элемента.

Кварцевый резонатор. Схема замещения кварцевого резонатора.

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора представляет собой реактивный двухполюсник (рис. 7).

C_к, L_к, R_к – динамические параметры кристалла.

L_к – характеризует инерционные свойства пластины.

C_к – ее упругие свойства.

R_к – потери энергии на внутреннее трение, образование ультразвуковых волн.

R – обусловлена активной проводимостью кварца и утечкой кварцедержателя.

R – очень велико и его как правило не учитывают.

C₀ – статическая емкость образована между электродами, диэлектриком является кварц.