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石英晶振的切割角度与振动模态

来源：http://yijindz.com 作者：亿金电子 2018年11月07

石英晶振晶体是由矽原子和氧原子组合而成的二氧化矽,以32点群的六方晶系形成的单结晶结构(如图所示).单结晶的石英晶体结构具有压电效应特性.当石英晶体以特定的切割方式,以机械加工方式予以表面研磨,完成特定的外形尺寸就是通称的石英晶片.
将石英晶片放置在真空环境中,在其表面镀上电极后,再以导电材料固定在金属或者是陶瓷基座上,并加以封装,就成了我们所说的石英晶体振荡子.利用石英晶体振荡子在共振时的低阻抗特性及波的重叠特性,用临近的双电极,可以做出石英晶体滤波器,声表面谐振器,将石英晶体振荡子加上不同的袋子振荡线路,就可以做成不同特性的石英晶体振荡器了,包括TCXO温度补偿晶体振荡器,OCXO恒温晶体振荡器,VCXO压控晶体振荡器以及SPXO时钟晶体振荡器等.

石英晶振的切割角度
根据不同的应用领域以及不同环境下产品的工作温度要求,因此创造了多种多样不同的石英晶振切割角度方式.比如AT-,BT-CT-DT-NT-GT-等多种不同的切割板片.不同的切割方向的板片具有不同的弹性常数张量,不用的压电常数张量以及不同的介电常数张量.而这些张量在石英晶振,石英元件的设计以及应用上展现了不同的振荡以及温度特性(如下图所示),表现了在Z-plat石英结构上,几种不同方向的石英板片切割方式.

石英晶振的振动模态
经由不同的石英切割角度以及不同电极形状的电场效应,石英晶振晶片展现了各种不同的振动模式,以经常产生的振动莫态可以简单分为扰曲模态,伸缩模态,面剪切模态和厚度剪切模态,而可能有多种模态同时存在在一个石英晶振晶片的振荡中,经由适当的设计,可以压制其他不希望产生的振动模态,来达到主要振动模态的最佳化.

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