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石英晶體
閱讀�4935�(shí)間:2016-12-29 17:29:23

    石英的化�(xué)成分為SiO2�晶體屬三方晶系的氧化物礦物,即低溫石英(a-石英�,是石英族礦物中分布最廣的一�(gè)礦物�。廣義的石英還包括高溫石英(b-石英��

    低溫石英常呈帶尖�?shù)牧街鶢罹w�(chǎn)�,柱面有橫紋,類似于六方雙錐狀的尖頂實(shí)際上是由兩�(gè)菱面體單形所形成�。石英集合體通常呈粒狀、塊狀或晶�、晶腺等。純凈的石英無色透明,玻璃光澤,貝殼狀斷口上具油脂光澤,無解理。受壓或受熱能產(chǎn)生電效應(yīng)�

變種

    石英因粒�、顏�、包裹體等的不同而有許多變種。無色透明的石英稱為水�,紫色水晶俗稱紫晶,煙黃�、煙褐色至近黑色的俗稱茶�、煙晶或墨晶,玫瑰紅色的俗稱芙蓉�;呈腎狀、鐘乳狀的隱晶質(zhì)石英稱石髓,具不同顏色同心條帶構(gòu)造的晶腺叫瑪�,瑪瑙晶腺內(nèi)部有明顯可見的液�(tài)包裹體的俗稱瑪瑙水膽,細(xì)粒微晶組成的灰色至黑色隱晶質(zhì)石英稱燧石,俗稱火石�

    石英的用途很�。無裂隙、無缺陷的水晶單晶用作壓電材�,來制造石英諧振器和濾波器。一般石英可以作為玻璃原�,紫色、粉色的石英和瑪瑙還可作雕刻工藝美術(shù)的原料�

    石英是最重要的造巖礦物之一,在火成巖、沉積巖、變�(zhì)巖中均有廣泛分布。巴西是世界著名的水晶出�(chǎn)�,曾�(fā)�(xiàn)直徑2.5�、高5�、重�(dá)40余噸的水晶晶�

物理特�

    晶系:六方晶�

    晶體:等軸狀、柱狀、六方雙錐面�

    集合體型�(tài):塊狀、粗粒狀、鐘乳狀、結(jié)核狀

    硬度:摩氏硬度為7

    解理/斷口:貝殼狀斷口

    光澤:玻璃光�

    顏色:無、白,帶有點(diǎn)灰、黃到橙�、紫、深�、粉�、灰�、褐、黑

    條痕:白�

    比重�2.65 ~ 2.66

    其他:(1)具脆�

    �2)具有熱電�

    �3)折射率 1.533 ~ 1.541,雙折射率� 0.009,色� 0.013

    �4)石英具有強(qiáng)烈的壓電性(Piezoelectric property�,即用力敲擊摩擦?xí)r�(huì)�(chǎn)生火�,這也就是燧石取火的方��

    �5)石英內(nèi)常見的包裹體有:�(fā)晶(Hair crystal)-主要是金紅石;草入水晶-主要為電氣石;水膽水晶-石英中有液態(tài)包裹�;青石英-內(nèi)含淺�(lán)色金紅石針狀�;乳石英-由�(xì)水孔洞引起混濁狀;綠石英-由板狀或碎片狀的綠泥石組成,有�(shí)可能是綠色針狀的陽起石;砂金石(Aventurine)-石英巖內(nèi)部含有綠色或紅褐色的云母�(xì)�,又名耀石英,俗稱東陵石。常見煙黑色至暗褐色的煙水晶,主要是這些巖類含有較多量具有放射性之�、釷元素的關(guān)��

材料�(yīng)�

    石英晶體是一種重要的電子材料。沿一定方向切割的石英晶片,當(dāng)受到�(jī)械應(yīng)力作用時(shí)將產(chǎn)生與�(yīng)力成正比的電場或電荷,這種�(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之,�(dāng)石英晶片受到電場作用�(shí)將產(chǎn)生與電場成正比的�(yīng)�,這種�(xiàn)象稱為逆壓電效�(yīng)。正、逆兩種效�(yīng)合稱為壓電效�(yīng)。石英晶體不僅具有壓電效�(yīng),而且還具有優(yōu)良的�(jī)械特�、電�(xué)特性和溫度特�。用它設(shè)�(jì)制作的諧振器、振蕩器和濾波器�,在�(wěn)頻和選頻方面都有突出的優(yōu)�(diǎn)�

技�(shù)指標(biāo)

     常規(guī)指標(biāo)

    ·�(biāo)稱頻率:晶體元件�(guī)范所指定的頻��

    ·�(diào)整頻差:基準(zhǔn)溫度�(shí),工作頻率相對于�(biāo)稱頻率的允許偏離。常用ppm�1/10)表��

    ·溫度頻差:在整�(gè)溫度范圍�(nèi)工作頻率相對于基�(zhǔn)溫度�(shí)工作頻率的允許偏�。常用ppm�1/10)表示�

    ·諧振電阻(Rr):晶體元件在串�(lián)諧振頻率Fr�(shí)的電阻��

    ·�(fù)載電容(CL): 與晶體元件一起決定負(fù)載諧振頻率FL的有效外界電�

    ·靜態(tài)電容(C0�

    等效電路靜態(tài)臂里的電容。它的大小主要取決于電極面積、晶片厚度和晶片加工工藝。它的常用計(jì)算公式為�

    C0=KC0×Ae×F0+C常數(shù)

    KC0——電容常�(shù),其取值與裝架形式、晶片形狀有關(guān);

    Ae——電極面�,單位mm�

    F0——標(biāo)稱頻�,單位KHz�

    C常數(shù)——常�(shù),單位pF;

    ·�(dòng)�(tài)電容(C1�

    等效電路中動(dòng)�(tài)臂里的電容。它的大小主要取決于電極面積,另外還和晶片平行度、微�(diào)量的大小有關(guān)。它的常用公式為�

    C1=KC1×Ae×F0+C常數(shù)

    KC1——電容常�(shù)�

    Ae——電極面�,單位mm;

    F0——標(biāo)稱頻�,單位KHz;

    C常數(shù)——常�(shù),單位pF;

    ·�(dòng)�(tài)電感(L1�

    等效電路中動(dòng)�(tài)臂里的電感。動(dòng)�(tài)電感與動(dòng)�(tài)電容是一對相�(guān)�,它的常用公式為�

    L1=1/(2πF0�2C1 (mH)

    ·串聯(lián)諧振頻率(Fr�

    晶體元件電氣阻抗為電阻性的兩�(gè)頻率中較低的一�(gè)�

    ·�(fù)載諧振頻率(FL�

    晶體元件與一�(fù)載電容串�(lián)或并�(lián),其組合阻抗為電阻性的兩�(gè)頻率中的一�(gè)頻率�

    ·品質(zhì)因數(shù)(Q�

    品質(zhì)因數(shù)又稱�(jī)械Q值,它是反映諧振器性能好壞的重要參�(shù),它與L1和C1有如下關(guān)�

    Q=wL1/Rr=1/wRrC1

    如上�,R1越大,Q值越�,功率耗散越大,而且還會(huì)�(dǎo)致頻率不�(wěn)�。反之Q值越高,頻率越穩(wěn)��

    ·相對�(fù)載頻率偏置(DL�

    晶體�(fù)載諧振頻率相對于串聯(lián)諧振頻率的變化量DL=(FL-Fr)/Fr,可由下式近似計(jì)算:

    DL≈C1/2(C0+CL�

    ·相對頻率牽引范圍(DL1,L2�

    晶體在兩�(gè)固定�(fù)載間的頻率變化量�

    D(L1,L2)=�(FL1-FL2)/Fr�=│C1(CL2-CL1)/2(C0+CL1)(C0+CL2)�

    ·牽引靈敏度(TS�

    晶體頻率在一固定�(fù)載下的變化率 �

    TS�-C1 *1000/2*(C0+CL�

    ·激�(lì)電平相關(guān)性(DLD�

    由于壓電效應(yīng),激�(lì)電平�(qiáng)迫諧振子�(chǎn)生機(jī)械振蕩,在這�(gè)過程�,加速度功轉(zhuǎn)化為�(dòng)能和彈性能,功耗轉(zhuǎn)化為�。后者的�(zhuǎn)換是由于石英諧振子的�(nèi)部和外部的摩擦所造成的�

    摩擦損耗與振動(dòng)�(zhì)�(diǎn)的速度有關(guān),當(dāng)震蕩不再是線性的,或�(dāng)石英振子�(nèi)部或其表面及安裝�(diǎn)的拉伸或�(yīng)�、位移或加速度�(dá)到臨界時(shí),摩擦損耗將增加。因而引起頻率和電阻的變��

    加工過程中造成DLD不良的主要原�

    ——諧振子表面存在微粒污染。主要產(chǎn)生原�?yàn)樯a(chǎn)�(huán)境不潔凈或非法接觸晶片表��

    ——諧振子的機(jī)械損�。主要產(chǎn)生原�?yàn)檠心ミ^程中�(chǎn)生的劃痕�

    ——電極中存在�?;蜚y�。主要產(chǎn)生原�?yàn)檎婵帐也粷崈艉湾兡に俾什缓线m�

    ——裝架是電極接觸不良�

    ——支架、電極和石英片之間存在機(jī)械應(yīng)��

    ·寄生響應(yīng)

    所有晶體元件除了主響應(yīng)(需要的頻率)之外,還有其它的頻率響�(yīng)。減弱寄生響�(yīng)的辦法是改變晶片的幾何尺寸、電�,以及晶片加工工藝,但是同時(shí)�(huì)改變晶體的動(dòng)、靜�(tài)參數(shù)�

    ·寄生響應(yīng)的測�

    ⑴SPDB 用DB表示Fr的幅度與寄生幅度的差��

    ⑵SPUR在寄生處的電��

    ⑶SPFR 最小電阻寄生與諧振頻率的距�,用Hz或ppm表示�

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