RN14WT188.7K1R石英晶体的压电效应
发布时间:2019/11/3 17:08:36 访问次数:2013
RN14WT188.7K1R石英晶体的压电效应,石英晶体的化学成分是Sio2,它具有优良的性能,不需要人工极化处理,没有热释电效应,介电常数和压电常数的温度稳定性好,所以是应用最为广泛的一种压电晶体。除了天然石英以外,现在已有物理、化学性质与天然石英几乎完全相同的人造石英,而成本大大低于天然石英。
图9-28所示为石英晶体的理想外形,它具有规则的几何形状。这是由于晶体内部结构对称性的缘故。石英晶体有三个晶轴,如图9-29所示。其中z轴称为光轴,它是用光学方法确定的。z轴方向上没有压电效应;经过晶体的棱线,并且垂直于光轴的X轴称为电轴。沿X轴方向施加外力时,在垂直于此轴的棱面上压电效应最为明显;垂直于X―z平面的y轴称为机械轴,沿y轴或X轴方向施加机械应力(拉或压)时,在y轴方向不产生压电效应,只产生形变。
石英晶体的理想外形,(a)左旋石英晶体;(b)右旋石英晶体。
石英晶体的直角坐标系,(a)左旋石英晶体,(b)右旋石英晶体
石英晶体的压电效应与其内部结构有关。为了直观地了解其压电效应,我们将组成石英(Sio2)晶体的硅离子和氧离子的排列在垂直于晶体z轴的Xy平面上的投影,等效为正六边形排列。图中+代表Si++++;-代表20--。
石英晶体压电效应机理示意图,当石英晶体未受作用力时,正、负离子(即Si++++和20~~)正好分布在正六边形的顶角上,形成三个大小相等、互成120°夹角的电偶极矩p1、F2和F3,如图9-30(a)所示,p=gJ(g为电荷量,J为正、负电荷之间距离,电偶极矩方向为负电荷指向正电荷)。此时,正、负电荷中心重合,电偶极矩的矢量和等于零,即R+芦2十F3=0。因而晶体表面不产生电荷,石英晶体从整体上说呈电中性。
当石英晶体受到沿X方向的压力作用时,晶体沿X方向产生压缩变形,正、负离子的相对位置随之变动,正、负电荷中心不再重合,如图9-30(b)所示。电偶极矩在X轴方向的分量为(F1+p2+F3)x)o,在X轴的正方向沿晶体表面上出现正电荷。而在y轴和z轴方向的分量均为零,即(F1+f2+f3)y=0,(F1+F2+F3)z=o。在垂直于y轴和z轴的晶体表面上不出现电荷。这种沿X轴作用力,而在垂直于此轴晶面上产生电荷的现象称为“纵向压电效应”。
当石英晶体受到沿y轴方向的压力作用时,晶体的变形如图9-30(c)所示。电偶极矩在X轴方向的分量为(Fl+p2+p3)x<o,在X轴的正方向的晶体表面上出现负电荷。同样,在垂直于y轴和z轴的晶面上不出现电荷。这种沿y轴作用力,而在垂直于X轴晶面上产生电荷的现象,称为“横向压电效应”。
当晶体受到沿z轴方向的力(无论是压力或拉力)作用时,因为晶体在X方向和y方向的变形相同,正、负电荷中心始终保持重合,电偶极矩在X、y方向的分量等于零。所以沿光轴方向施加作用力,石央晶体不会产生压电效应。
当作用力Fx或Fy的方向相反时,电荷的极性将随之改变。如果石英晶体的各个方向同时受到均等的作用力(如液体压力),石英晶体将保持电中性。所以,石英晶体没有体积变形的压电效应。
当石英晶片的X轴方向施加压缩力时,产生的电荷q正比于作用力Fx,而与晶片的几何尺寸无关。电荷极性如图9-31(a)所示。如果晶片在晶轴X方向受到拉力(大小与压缩力相等)的作用,则仍在垂直于X轴表面上出现等量的电荷,但极性却相反如图9-31(b)所示。
置0端为低电平有效,如果系统没有复位信号,电路的REsEr输人端应保持为高电平计数器才能正常工作。
检查自启动能力的方法是:将该电路的6个无效状态:1010、1011、1100、1101、1110和1111分别作为现态,代人电路的状态方程组而求其次态。如果还没有进入有效状态,再以新的状态作为现态求次态,以此类推,看最终能否进
人有效状态。结果证明,这6个状态在一、两个时钟周期后全部都能进人有效循环状态,电路具有自启动能力。于是,可画出完全状态图,如图6.3.5所示。
图6.3,5 图6.3.4电路的完全状态图,如果要求电路必须从0000开始计数,则可将前述复位电路连接在RESEr输人端。在开始计数前使REsFr产生低电平脉冲,强制4个触发器进入0000的初始状态,待RESEr=1后再开始计数。
例6.3.2 试设计一序列编码检测器,当检测到输人信号出现110序列编码(按自左至右的顺序)时,电路输出为1,否则输出为0。
解:(1)由给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表从给定的逻辑功能可知,电路有一个输人信号A和一个输出信号y,电路功能是对输人信号A的编码序列进行检测,一旦检测到信号处出现连续编码为110序列时,输出为1,检测到其他编码序列,则输出均为0。
设电路的初始状态为o,如图6.3.6中大箭头所指。在此状态下,电路输出y=0,这时可能的输人有A=0和A=1两1/0种情况。当CP脉冲相应边沿到来时,若 图6.3.6 例6.3.2的原始状态图.
RN14WT188.7K1R石英晶体的压电效应,石英晶体的化学成分是Sio2,它具有优良的性能,不需要人工极化处理,没有热释电效应,介电常数和压电常数的温度稳定性好,所以是应用最为广泛的一种压电晶体。除了天然石英以外,现在已有物理、化学性质与天然石英几乎完全相同的人造石英,而成本大大低于天然石英。
图9-28所示为石英晶体的理想外形,它具有规则的几何形状。这是由于晶体内部结构对称性的缘故。石英晶体有三个晶轴,如图9-29所示。其中z轴称为光轴,它是用光学方法确定的。z轴方向上没有压电效应;经过晶体的棱线,并且垂直于光轴的X轴称为电轴。沿X轴方向施加外力时,在垂直于此轴的棱面上压电效应最为明显;垂直于X―z平面的y轴称为机械轴,沿y轴或X轴方向施加机械应力(拉或压)时,在y轴方向不产生压电效应,只产生形变。
石英晶体的理想外形,(a)左旋石英晶体;(b)右旋石英晶体。
石英晶体的直角坐标系,(a)左旋石英晶体,(b)右旋石英晶体
石英晶体的压电效应与其内部结构有关。为了直观地了解其压电效应,我们将组成石英(Sio2)晶体的硅离子和氧离子的排列在垂直于晶体z轴的Xy平面上的投影,等效为正六边形排列。图中+代表Si++++;-代表20--。
石英晶体压电效应机理示意图,当石英晶体未受作用力时,正、负离子(即Si++++和20~~)正好分布在正六边形的顶角上,形成三个大小相等、互成120°夹角的电偶极矩p1、F2和F3,如图9-30(a)所示,p=gJ(g为电荷量,J为正、负电荷之间距离,电偶极矩方向为负电荷指向正电荷)。此时,正、负电荷中心重合,电偶极矩的矢量和等于零,即R+芦2十F3=0。因而晶体表面不产生电荷,石英晶体从整体上说呈电中性。
当石英晶体受到沿X方向的压力作用时,晶体沿X方向产生压缩变形,正、负离子的相对位置随之变动,正、负电荷中心不再重合,如图9-30(b)所示。电偶极矩在X轴方向的分量为(F1+p2+F3)x)o,在X轴的正方向沿晶体表面上出现正电荷。而在y轴和z轴方向的分量均为零,即(F1+f2+f3)y=0,(F1+F2+F3)z=o。在垂直于y轴和z轴的晶体表面上不出现电荷。这种沿X轴作用力,而在垂直于此轴晶面上产生电荷的现象称为“纵向压电效应”。
当石英晶体受到沿y轴方向的压力作用时,晶体的变形如图9-30(c)所示。电偶极矩在X轴方向的分量为(Fl+p2+p3)x<o,在X轴的正方向的晶体表面上出现负电荷。同样,在垂直于y轴和z轴的晶面上不出现电荷。这种沿y轴作用力,而在垂直于X轴晶面上产生电荷的现象,称为“横向压电效应”。
当晶体受到沿z轴方向的力(无论是压力或拉力)作用时,因为晶体在X方向和y方向的变形相同,正、负电荷中心始终保持重合,电偶极矩在X、y方向的分量等于零。所以沿光轴方向施加作用力,石央晶体不会产生压电效应。
当作用力Fx或Fy的方向相反时,电荷的极性将随之改变。如果石英晶体的各个方向同时受到均等的作用力(如液体压力),石英晶体将保持电中性。所以,石英晶体没有体积变形的压电效应。
当石英晶片的X轴方向施加压缩力时,产生的电荷q正比于作用力Fx,而与晶片的几何尺寸无关。电荷极性如图9-31(a)所示。如果晶片在晶轴X方向受到拉力(大小与压缩力相等)的作用,则仍在垂直于X轴表面上出现等量的电荷,但极性却相反如图9-31(b)所示。
置0端为低电平有效,如果系统没有复位信号,电路的REsEr输人端应保持为高电平计数器才能正常工作。
检查自启动能力的方法是:将该电路的6个无效状态:1010、1011、1100、1101、1110和1111分别作为现态,代人电路的状态方程组而求其次态。如果还没有进入有效状态,再以新的状态作为现态求次态,以此类推,看最终能否进
人有效状态。结果证明,这6个状态在一、两个时钟周期后全部都能进人有效循环状态,电路具有自启动能力。于是,可画出完全状态图,如图6.3.5所示。
图6.3,5 图6.3.4电路的完全状态图,如果要求电路必须从0000开始计数,则可将前述复位电路连接在RESEr输人端。在开始计数前使REsFr产生低电平脉冲,强制4个触发器进入0000的初始状态,待RESEr=1后再开始计数。
例6.3.2 试设计一序列编码检测器,当检测到输人信号出现110序列编码(按自左至右的顺序)时,电路输出为1,否则输出为0。
解:(1)由给定的逻辑功能建立原始状态图和原始状态表从给定的逻辑功能可知,电路有一个输人信号A和一个输出信号y,电路功能是对输人信号A的编码序列进行检测,一旦检测到信号处出现连续编码为110序列时,输出为1,检测到其他编码序列,则输出均为0。
设电路的初始状态为o,如图6.3.6中大箭头所指。在此状态下,电路输出y=0,这时可能的输人有A=0和A=1两1/0种情况。当CP脉冲相应边沿到来时,若 图6.3.6 例6.3.2的原始状态图.
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