Цел: да се изследва rezonansnyhkrivyh пиезоелектрически кварц и определянето на тези параметри на двете кварц и еквивалентна верига на пиезоелектричен резонатор.
Обща информация за пиезоелектричен ефект.
Под действието на механично напрежение или щам в кристала, електрическа поляризация може да се случи, големината и знака
който зависи от приложеното напрежение. Това явление се нарича
пиезоелектричен ефект. Обратният пиезоелектричен ефект
- механична деформация на кристала поради прилагането
електрическо поле.
Механизмът на директен пиезоелектрически ефект може да се проследи до обикновена п-Delhi имитиращи кварц структура SiO2 (фиг. 1). Всяка от йони кислород едновременно свързан към две силициеви йони, така че един йон ...
силиций има две кислороден йон съгласно химична формула SiO2 на. Положителните йони на силиций се редуват с отрицателни кислородни йони.
Фиг.1. Структурата на съединение и появата на кварц пиезоелектрически ефект.
В не-деформирани клетъчни центрове на положителни и отрицателни заряди съвпада (фиг. 1а). Ако свързвате външен натиск, както е показано на фиг. 1Ь и 1с, йоните се смесват така, че електрическите диполи се образуват, и кристалите се поляризирани. Смяна на плоча сила е промяна на знака на обвиненията.
От този модел, от това следва, че ефектът на анизотропна пиезоелектрични, че се проявява по различен начин в различни посоки. Ако деформиране механичната сила се прилага във вертикална посока (фиг. 1с) на, надлъжната пиезоелектрически ефект ще бъде, тъй като настъпва поляризацията в същата посока. Ако механичните действа сила в Hori-тал посока (фиг. 16), напречната пиезоелектрически ефект е Nym.
Най-голямото практически интерес е обратния пиезоелектрически ефект е развълнуван от пиезоелектрични периодично се променя изолиращ електрон-област. В този случай, кварц плоча е принуден да изпълнява механични вибрации в ритъма на промяната във външния средата.
Да разгледаме колебание нарязани кварцова плоча perpendi-полярен ъгъл спрямо оста х (х-срез) размер г х б х # 8467; х, d- където дебелината на плочата, от електрическото поле променлив. геометрия плоча е показана на Фиг. 2.
Фиг. 2. Ориентация кварцова плоча, разположен между електродите интересни
В съответствие с фазата на поле кварц променливото алтернативно сгъстен и опъната в същата величина. С други думи, по време с променливото поле в кварцови развълнувани еластични трептения, чиято амплитуда достига максимума, когато честотата на електричното поле ще бъде равна на честотата на механични вибрации нож.
За дадена ориентация на плочата, поради обратна пиезоелектрически ефект, възможни отклонения от два вида:
а) надлъжни еластични вибрации в посока на оста X. ( "вобулация
дебелина ");
б) надлъжни еластични вибрации в посока на Y-оста ( "вибрации
дължина ").
Ако приемем, че плочата е безкрайно големи, т.е. пренебрегвани "вибрации по дължината" поради напречно свиване, естествените честоти ридание-ядрен "дебелина вибрации" ще бъде равен на:
където # 961; - плътност на кристала, C11 - съответстваща на тази ориентация трептения модул.
Тази формула е валидна само в първо приближение, за органите на крайни размери поради River Priest компресия възбудими вибрации ориентирани в различни посоки, които са свързани с основните трептения, да доведе до промяна на естествената честота.
В много случаи, осцилиращата плоча кварц е удобно да се замени еквивалентна електрическа схема и изразяват кварцови параметри чрез еквивалентни електрически параметри.
Кондензатор С1 представлява капацитет на чист кварц. С2 - капацитет поради клирънс предимно между кварцови повърхности и кондензатор плочи. Ако повърхността на метализираната кварц, кондензатор С2 по-отсъства. На омичното съпротивление на Rskladyvaetsya празен ход съпротивление R0, съответстваща напълно ненатоварено, т.е. не-излъчваща плоча и действителното съпротивление Rs радиация. Lvoznikaet дължи на фазовото изместване между процесите на зареждане уместно-stey С и С1. С - капацитет, поради пиезоелектрически ефект.
Еквивалентни настройки електрически параметри колебания кварцови плочи:
където E11 - пиезоелектричен константа # 951; - константа, която определя вътрешния механична загубата (експериментално установено, че за кварц # 951 = 0.25). размери на плочата са изразени в см.
Електрически капацитет C11 на колебание на кристала е различна от летаргичен капацитет кристал, защото колебанията в пиезоелектричен ефект кристал след Следствие няма да има такси, които вливат отслабва диелектрик изместване. Съответно, съществува намаляване на диелектрична константа, която, когато вибрациите на кристала се определя с израза:
където # 949; - диелектрична константа.
В тази схема, и сериен паралелни пара-резонанси трябва да се наблюдава. Ще намерите тяхната честота.
За последователно езера-Nancy.
Паралелно резонанс :.
Тъй като С / C1 <<1, частоты ω0 ωр близки друг к другу и
Тя може да се види, че ако честотата # 969 0 зависи само от свойства на пиезоелектричен кристал, честотата # 969, стр варира когато паралелно капацитет Cd допълнителни пиезоелектрични кристали.
За този случай, моля, свържете се с:
след това # 8710; # 969; "= # 969; р "- # 969; S ".
От изрази (1), (2), (3), ние получаваме:
За да намерите равностоен съпротивата, е необходимо да се помисли, че присъствието на затихване близко преминаване # 969 и 0 # 969, стр. Общият брой на проводимост на кристала преминава през максимум и минимум.
Отношение на екстремни стойности на проводимостта може да се намери:
И накрая, за качеството фактор пиезо резонатор, получаваме:
Вибриращият пиезоелектричен кристал е електромеханичен преобразувател небе. При прилагане на електрически напрежение на кристално zheniya съхранява в него известно количество електрическа енергия, част от който по силата на пиезоелектрични свойства на кристала се изразходват, за да се създаде в него еластични напрежения и по този начин се превръща в механична енергия на еластична деформация. Съотношението на тези две енергии е мярка за ефективността на електромеханично трансформация на сигнално нарича коефициент на електромеханично свързване. Квадратът на електромеханичен свързване коефициент к 2 се определя като съотношение-комплекта генерирани в кристала на съхранявания механичната енергия на електрическа енергия в него.
където d11 - piezomodulus.
В електромеханично коефициент свързване пиезоелектричен-небето свързва с модула на еластичност и диелектричните параметри на кристала и следователно е стойност и ха на характеризира кристала като електромеханичен преобразувател. За да го намерите чрез експериментално измерените стойности, помислете за еквивалентната схема на пиезоелектричен кристал, и да получи:
1. Премахване на кривите на резонанс на пиезоелектричните кварцови плочи
без допълнителен резервоар и допълнителен резервоар. Особено внимание се обръща на точното определяне на позицията на екстремни точки и сигнални стойности в тях.
2. Изчисляване на параметрите на еквивалентната схема на пиезоелектричен кристал C1, C, L и R, както и качеството на фактор Q чрез използване изразите (3) и (4), (5), (6) и (7).
3. Изчислете теоретичните стойности на еквивалентните параметри на схемата
ние използваме израза (2). Сравнете резултатите с п. 2.
4. Изчислява електромеханично коефициент свързване К, piezomodulus
D11 и С11 модул. като се използват формулите (1) до (8), (9). Сравнете резултатите с литературни данни.
Пробата се изрязва от единичен кристал на кварц (SiO2) (х-срез) под формата на плочи с геометрични размери: дължина # 8467; и широчина Ь, с дебелина. Електроди приложени към него от сребро чрез нагряване на сребро, съдържащи пастата.
В Схема на изследването свойствата резонанс на пиезоелектричен материал е показана на Фиг. 5.
Фиг. 4. Схема на инсталацията
Синусоидален сигнал с променлива амплитуда <1 В в диапазоне частот 10 6 ÷10 7 Гц снимается с выхода высокочастотного генератора (Г) и подается на сопротивление нагрузки R1 (R1 =100 Ом), а с него — на последовательно соединенные пьезоэлемент Cx и сопротивление R2 (R2 = 10 Ом).
на напрежението в съпротивлението R2 (UR2) се измерва с помощта на осцилоскоп. В този случай, при условие, че R2 <
Фигура 5. Честота зависимост UR2 = ƒ (# 969).
Фиг. 5, крива 1 съответства на измерване на кривите на резонанс на пиезоелектричен клетка без допълнителен капацитет, крива 2 - с допълнителен капацитет (Sdop), който е свързан паралелно Cx (Sdop = 7 ÷ 15pF).
Свързани статии