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無源晶振的壓電常數與切型
無源晶振的壓電常數與切型
石英水晶組件大致可以分為兩種，一種本身自帶電壓不需要在外部接入電源的，叫做有源晶振，另一種本身沒有電源電壓的，叫做無源晶振，大部分的人比較習慣石英晶體，或者石英晶體諧振器。可用性強，用途范圍廣，可以想得到的電子設備，電子產品，智能類產品，高科技產品大部分都會采用晶振，那么這顆小小的電子元器件是怎么發揮作用的呢？
石英晶體元件是通過逆壓電效應進行工作的，所以切型設計與壓電常數有關。通過上節討論，我們已經知道石英晶體壓電常數矩陣為：
比較式（2.5.1）和式（2.5.2)可以看出，三斜晶系的獨立壓電常數分量共18個，而石英晶體諧振器的獨立壓電常數分量只有2個，即：
d12=-d11,d25= -d14,d26=-2d11,
d13=d15=d16=d21=d22=d24=d31=d32=d33=d34=d35=d36=0
這兩個壓電常數的數值為：
d11=±2.31×10-12C/N
d14=±0.73×10-12C/N
根據IRE標準規定：左旋石英晶振d11，和d14取正號；右旋石英晶體d11和d14取負號。
壓電常數dmj的第一足標m=1，2，3分別表示沿x、y、z方向的壓電效應。第二個足標當j=1，2，3時，則分別表示沿x、y、z方向的機械效應（正應力或正應變）；當j=4，5，6時，則分別表示沿x、y、z面的機械效應（切應力或切應變)。從晶振的壓電常數矩陣看出：
（1）與x方向電場E1有關貼片晶振的壓電常數有d11、d12、d14。這表明，在電場E1的作用下，通過d1可產生沿x方向的伸縮形變（即厚度伸縮）；通過d12可產生沿y方向的伸縮形變（即長度伸縮)；通過d14可產生x面的切變。
（2）與y方向電場E2有關石英貼片晶振的壓電常數有d25、d26。這表明，在電場E2的作用下，通過d25可產生沿y面的切變；通過d26可產生z面的切變（即厚度切變）。
由SMD晶振的彈性常數矩陣可以看出，上述形變之間存在彈性耦合作用，為了避免這些耦合作用的影響，應選擇合適的切型。這就要求知道壓電常數與轉角φ1的關系。在旋轉y切的坐標系0-x yz中，石英晶體的壓電常數矩陣為：
其中，m=cosφ1，n=sinφ1。
壓電常數dmj,隨角度φ1變化的曲線，如圖2.5.1所示。從壓電活力考慮，無源晶體壓電常數等于零的切角不能采用。最好采用壓電常數為最大時的切角。但是為于兼顧其它性能（如溫度特性、單頻性等），有時只好采用壓電常數較小時的切角，例如，（xyt）5°和（xyt）-18.5°切型的設計就與d12有關，而（xyt）5°切型的壓電活力高于（xyt）-18.5°切型； （yx1)38°和（yxl）-52°切型（即CT和DT切型）的設計就與d25有關，CT切型的壓電活力高于DT切型；（yxl)35°和（yxI）-49°切型（即AT和BT切型）的設計就與d26有關，AT切型的壓電活力高于BT切型。
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