水晶振动子_振动原理Chinese.ppt

水晶振動子的振動原理 前言 壓電效應 機械應力 偏極電荷 逆壓電效應 電場 變形 天然水晶 PierreCurie 1880PiezoelectriceffectdiscoveredbyJacquesandPierreCurie 發現壓電效應 水晶的壓電效應和逆壓電效應 JacquesCurie 壓電現象 壓電現象 逆壓電現象 1880年法國物理學家居禮兄弟發現壓電現象 在水晶的結晶上施予機械壓力 表面會產生電荷 壓電現象 相對地在水晶上印加電場 電壓 會造成水晶變形 逆壓電現象 特性穩定的計時元件 手機正確度為0 1秒 日以内 於日常的使用環境 特有的共振頻率依賴切割方向位置 形状 尺寸 厚度等 運用於振盪線路可取得極穩定的頻率 高穩定產品 年才僅 秒的誤差 持續穩定地振動 推力 鐘擺模型 水晶振動子 振盪線路 振盪模式 寬度縱向震盪模式 長度縱向震盪模式 扭轉震盪模式 屈曲震盪模式 振盪模式 厚度剪波震盪模式 輪廓剪波震盪模式 寬度縱向震盪模式 長度縱向震盪模式 結合寬度 長度縱向震盪模式 從天然水晶到人工養晶 天然水晶在地球内部高温 高壓的環境下 且有水存在的地方成長 而人工養晶 則須將地球内部的環境 重現在陸地上 因此須建造大型壓力爐 人工養晶即是使用壓力爐水熱合成法所養成 現在 最大的壓力爐内徑800mm 高14m的圓筒狀 一次可養成3500kg的人工養晶 水晶CUT與其温度特性 頻率温度特性曲線 400 350 300 250 200 150 100 50 0 50 100 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 温度 頻率変化率 f F 10 6 ATCut DTCut NTCut 5 XCut BTCut CTCut MotionOfAThicknessShearCrystal CLICKONFIGURETOSTARTMOTION ThicknessShearMode ATCut CLICKONFIGURETOSTARTMOTION 板與温度特性 板的振盪形態 板的振盪形態 Z X 板的振盪形態 板的振盪形態 水晶振動子和太鼓是不同東西 板的振盪形態 板的振盪形態 X Z 水晶振動子的副振盪形態 Freq 3 2MHz 使用X RAY的調查結果 1 1 1 1 2 1 1 1 3 1 3 3 1 5 1 1 4 4 1 5 3 W J Spencer論文 1966 人工水晶 晶棒 切割 去除晶種 研磨 晶片切割 A 水晶振動子的製造工程 化學蝕刻 蒸着 搭載 接着 頻率調整 封止 印字 出貨 A 洗浄 乾燥 老化 検査 水晶振動子的製造工程 水晶振動子的内部構造 HC 49 U AT 49 DSX631S SUPPORT溶接 CAP BASE 起動震盪與負性阻抗 為什麼依靠負性阻抗可以起動振盪 機械振動的形式 振盪線路的動作可以用鐘擺的擺動等機械性振動來比喻 一般正在擺動的鐘擺 由於有空氣阻抗 摩擦等阻抗損失 所以擺動會愈來愈弱 阻抗愈大 則愈早衰緩 阻抗愈小 則愈慢衰緩 若鐘擺運動的阻抗損失都消失的話 將可永久持續擺動 阻抗損失會對於鐘擺的運動方向及反方向產生作用 若在與運動方向同方向上設定阻抗的話 反而擺動會愈來愈大 此組抗值可稱為負性 因其並非自然存在 而是須供應能量 負性阻抗才得以成立 時間 変位 運動方向 阻抗力 衰緩鐘擺的振動 起動震盪與負性阻抗 阻抗 0 方絶對値大 方絕對値大 依阻抗変化 的震盪振幅形態 起動震盪與負性阻抗 為實現負性抵抗 需要增加檢測運動方向的功能 以及在所檢測的運動方向 施力相同方向的功能 振盪線路上振動子端子間的電壓 以電容來分壓 於一方檢測震盪方向後 輸入反転増幅器 再將増幅的輸出加到另一邊的電容 即可控制增加振幅 C2 Rf C1 Rd