A tanulmány a piezoelektromos tulajdonságai kvarc, ingyenes dolgozatok, esszék és értekezések
Célkitűzés: A tanulmány rezonansnyhkrivyh piezoelektromos kvarc és a meghatározás ezen paraméterek mind a kvarc és ekvivalens áramkör a piezoelektromos rezonátor.
Általános információk a piezoelektromos hatás.
Az intézkedés alapján a mechanikai stressz, vagy törzs a kristály, az elektromos polarizáció is előfordulhat, nagyságát és előjelét
ami függ az alkalmazott feszültség. Ezt a jelenséget nevezik
piezoelektromos hatás. Inverz piezoelektromos hatás
- mechanikus deformáció a kristály miatt a kérelem
elektromos mező.
A mechanizmus közvetlen piezoelektromos hatás arra vezethető vissza, egy egyszerű mo-Delhi utánzó kvarc szerkezet SiO 2 (ábra. 1). Mindegyik oxigén ionok egyidejűleg kötve két szilícium-ionokat, úgy, hogy az egyik ion ...
szilícium két oxigén-ion szerinti kémiai képlete SiO2. A pozitív ionok szilícium váltakoznak a negatív oxigén ionok.
1. ábra. Az áramkör szerkezetét és megjelenését kvarc piezoelektromos hatás.
A nem-deformált sejt központok pozitív és negatív töltések egybeesnek (1A.). Ha csatolja a külső nyomás ábrán látható. 1b és 1c, az ionok összekeverjük úgy, hogy az elektromos dipólusok vannak kialakítva, és a kristályokat polarizált. Megváltoztatása az erő lemez megváltoztatni a jele a díjakat.
Ebből a modellben, az következik, hogy a anizotrop piezoelektromos hatás, hogy másként nyilvánul különböző irányokba. Ha a deformáló mechanikai erőt függőleges irányban (ábra. 1c), a hosszanti piezoelektromos hatás lesz, mivel a polarizáció lép ugyanabba az irányba. Ha a mechanikus erő hat a Hori-tal irányban (ábra. 16), a keresztirányú piezoelektromos hatás NYM.
A legnagyobb gyakorlati haszna van az inverz piezoelektromos hatás izgatott a piezoelektromos periodikusan változó szigetelő elektron-mezőt. Ebben az esetben a kvarclap kénytelen végrehajtani a mechanikai rezgések a beat változást a külső közepén.
Tekintsük oszcilláció kvarclap cut perpendi-poláris szögek az X-tengelyre (X-Cut) méretű d × b × # 8467; ×, d-, ahol a lemezvastagság, a váltakozó elektromos mező. lemez geometriájú ábrán látható. 2.
Ábra. 2. Orientation kvarclap között elhelyezett, az izgalmas elektródák
Összhangban a fázis a váltakozó mező kvarc váltakozva összenyomjuk és megnyújtjuk azonos nagyságrendű. Más szóval, az időben a váltakozó tér a kvarc izgatott rugalmas rezgések, amelyek amplitúdója eléri a maximális, ha a frekvencia az elektromos mező egyenlő lenne a frekvencia mechanikai penge rezgéseket.
Egy adott orientáció a lemez miatt az inverz piezoelektromos hatás, a lehetséges rezgések két típusa van:
a) hosszanti rugalmas rezgést az X tengely irányában ( „lötyögő
vastagsága „);
b) hosszirányú rugalmas rezgések irányában az Y-tengely ( „rezgések
hosszú „).
Ha feltételezzük, hogy a lemez végtelenül nagy, azaz elhanyagolt „rezgések hossza mentén” miatt, keresztirányú összehúzódása, a természetes frekvenciákat Sob-core „vastagsága rezgések” lesz egyenlő:
ahol # 961; - sűrűsége a kristály, C11 - ennek megfelelő orientációban oszcilláció modulusa.
Ez a képlet csak akkor érvényes, első közelítésben, a testek véges méretei miatt Priest River kompressziós gerjesztett rezgések más irányba orientált, amely, van csatlakoztatva az alapvető oszcilláció, megváltozásához vezet a természetes frekvencia.
Sok esetben, az oszcilláló kvarclap kényelmes cserélni egy helyettesítő kapcsolás és kifejezni kvarc paraméterek keresztül egyenértékű elektromos paraméterek.
C1 kondenzátort képviseli a kondenzátor tiszta kvarckristály. C2 - kapacitás főként közötti hézag a kvarc felületek és kondenzátor lemezeket. Ha a felület a fémezett kvarc, a C2 kondenzátor által-hiányzik. A ohmos ellenállása Rskladyvaetsya alapjárati rezisztencia R0 megfelelő teljesen terheletlen, azaz nem-kibocsátó lemez, és a tényleges ellenállás, RS sugárzás. Lvoznikaet miatt a fáziseltolás a folyamatok közötti töltés a találóan stey C és C1. C - kapacitás miatt a piezoelektromos hatás.
Egyenértékű elektromos paraméter beállításokat oszcilláló kvarclemezekkel:
ahol E11 - piezoelektromos állandó # 951; - állandó, amely meghatározza a belső mechanikai veszteség (kísérletileg találtuk, hogy a kvarc # 951 = 0,25). méretei a lemez centiméterben kifejezve.
Elektromos kapacitás C11 oszcilláló kristály eltér a nyugalmi kapacitív kristály, mert a rezgések a kristály utáni következmény piezoelektromos hatás nem lép fel áramló díjat, amely gyengíti a dielektromos elmozdulás. Ennek megfelelően, ez létezik csökkenti a dielektromos állandó, amely, ha rezgések a kristály határozza meg a kifejezés:
ahol # 949; - dielektromos állandója.
Ebben áramkört és egy soros-párhuzamos para-rezonanciák kell tartani. Mindent megtalál, azok gyakoriságát.
Az egymást követő Lakes-Nancy.
Párhuzamos rezonancia :.
Mivel a C / C1 <<1, частоты ω0 ωр близки друг к другу и
Látható, hogy ha a frekvencia # 969; 0 függ csak tulajdonságait a piezoelektromos kristály, a frekvencia # 969, p változik, amikor a párhuzamos kapacitív Cd további piezoelektromos kristályok.
Erre az esetre, vegye fel a kapcsolatot:
majd # 8710; # 969; „= # 969; p „- # 969; s'.
Től kifejezések (1), (2), (3), kapjuk:
Ahhoz, hogy megtalálja az egyenértékű ellenállás, meg kell vizsgálni, hogy a jelenléte csillapítás mellett menetben # 969; és 0 # 969, p. Összesen vezetőképessége kristály áthalad egy maximális és egy minimális.
Attitude extrém vezetőképesség értékek megtalálhatók:
Végezetül, a piezo rezonátor jósági tényező, megkapjuk:
Az oszcilláló piezoelektromos kristály egy elektromechanikus átalakító-ég. Alkalmazása során villamos feszültséget, hogy a kristály-zheniya abban tárolt ismert mennyiségű villamos energia, amelyek egy része alapján, a piezoelektromos tulajdonságainak a kristály fordítódik, hogy hozzon létre az ott rugalmas igénybevételek, és így alakítjuk át mechanikai energiát a rugalmas alakváltozás. Az arány a két energia olyan intézkedés hatékonyságának elektromechanikus átalakulás Tell nevezett együtthatója elektromechanikus csatolás. A tér egy elektromechanikus kapcsolási együtthatót k 2 arányaként definiáljuk-set keletkezett kristály a tárolt mechanikai energia villamos energia ott.
ahol D11 - piezomodulus.
Az elektromechanikus kapcsolási együtthatót piezoelektromos-ég csatlakozik a rugalmassági modulus és a dielektromos paraméterei a kristály, és így egy olyan érték is ha-jellemzi a kristály, mint egy elektromechanikus átalakító. Ahhoz, hogy megtalálja azt a kísérletileg mért értékeket, úgy a helyettesítő áramkör a piezoelektromos kristály, és megszerezni:
1. Vegye ki a rezonancia görbék a piezoelektromos kvarclemezekkel
anélkül, hogy további tartály és egy további tartályt. Különös figyelmet kell fordítani a pontos helymeghatározás a szélsőséges pontok és jeiértékekké bennük.
2. Számítsuk ki a paramétereket a ekvivalens körét a piezoelektromos kristály C1, C, L és R, valamint a minőségi tényező Q segítségével a kifejezések (3) és (4), (5), (6) és (7).
3. Számítsuk ki az elméleti értékek az egyenértékű rendszer paramétereinek
mi használ a kifejezést (2). Az eredmények összehasonlítására n. 2.
4. Számítsuk ki a elektromechanikus csatolás k együtthatót, piezomodulus
d11 és C11 modulusa. képlet segítségével (1) (8), (9). Hasonlítsuk össze az eredményeket az irodalmi adatokkal.
A vizsgálati mintát vágunk ki egyetlen kristály kvarc (SiO 2) (X-Cut) formájában lemezek geometriai méretei: hossza # 8467;, szélessége b, d vastag. Elektródák alkalmazott azt ezüst melegítésével az ezüst-tartalmú paszta.
A sematikus ábra a tanulmány a rezonancia tulajdonságait egy piezoelektromos anyagot ábrán látható. 5.
Ábra. 4. sematikus ábrája a telepítés
A változó amplitúdójú szinuszos jelet <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).
A feszültségesés az ellenállás R2 (UR2) mérjük oszcilloszkóp. Ebben az esetben, a feltétellel, hogy R2 <
5. ábra. Frekvenciafüggését UR2 = ƒ (# 969;).
Ábra. 5, 1 görbe felel meg a mérés a rezonancia görbék a piezoelektromos sejt anélkül, hogy további kapacitív, a 2. görbe - egy további kapacitás (SDOP), amely párhuzamosan van kapcsolva Cx (SDOP = 7 ÷ 15pF).