石英晶體諧振器的壓電特性
石英材料中的二氧化硅分子(SiO2) 在正常狀態(tài)下, 其電偶極是互相平衡的電中性. 在(圖二左)的二氧化硅是以二維空間的簡化圖形.
當我們在硅原子上方及氧原子下方分別給予正電場及負電場時, 空間系統(tǒng)為了維持電位平衡, 兩個氧原子會相互排斥,
在氧原子下方形成一個感應(yīng)正電場區(qū)域, 同時在硅原子上方產(chǎn)生感應(yīng)負電場區(qū)域. 相反的情況,
當我們在硅原子上方及氧原子下方分別給予負電場及正電場時, 兩個氧原子會相互靠近,
氧原子下方產(chǎn)生感應(yīng)負電場,硅原子上方產(chǎn)生感應(yīng)正電場. (圖二). 然而, 氧原子的水平位置變化時,
鄰近的另一個氧原子會相對的產(chǎn)生排斥或吸引的力量, 迫使氧原子回到原來的空間位置. 因此,
電場的力量與原子之間的力量會相互牽動, 電場的改變與水平方向的形變是形成交互作用狀態(tài).
這個交互作用會形成一個在石英材料耗能最小的振動狀態(tài), 祇要由電場持續(xù)給與能量,
石英材料就會與電場之間維持一個共振的頻率. 這個壓電效應(yīng)下氧原子的振幅與電場強度及電場對二氧化硅的向量角度有相對應(yīng)的關(guān)系.
在實際的應(yīng)用上, 電場是由鍍在石英芯片上的金屬電極產(chǎn)生, 電場與二氧化硅的向量角度則是由石英晶棒的切割角度來決定.
