压电效应 17.ppt

压电效应 17_070125102444压电效应与压电方程
Piezoelectric effect
Piezoelectric equations
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压电效应的基本现象
石英晶体的压电效应,压电方程组
压电常数与对称性
压电晶体的切割,
四类压电方程组,旋转坐标系,
次级压电效应,压电常数之间的关系
机电耦合系数
主要内容
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压电效应的基本现象
通俗来说:压电效应是指材料在压力作用下产生电信号的效应;或者在电场作用下,材料发生机械形变的现象。
压电效应有严格的定义,上述说法只是一个简单直观描述。
压电效应由压电方程描写;材料的压电性由压电常数决定。
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压电效应的基本现象
晶体的介电常数、弹性常数与晶体的对称性密切相关。同样,压电常数也与晶体的对称性密切相关。因此不是从压电晶体上随意切下一块晶片,就能做压电元件,而是要根据该压电晶体的压电常数来设计晶片的切割。
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正压电效应
当压电晶体受到外力而发生形变时,在它的某些表面上出现与外力成线性比例电荷积累,这个现象称为压电效应。
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石英晶体的压电效应
现以—石英晶体为例,因为—石英晶体在1880年就发现了压电效应,是最早发现的压电晶体,也是目前最好的和最重要的压电晶体之一。
—石英晶体的最大特点是:
性能稳定,频率温度系数低(可以做到频率温度系数接近于零),在通讯技术中有广泛地应用。
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图4-1:—石英晶体属于六角晶系32点群,它的坐标系o-xyz。
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光轴电轴机械轴
z轴与天然石英晶体的上、下顶角连线重合(即与晶体的C轴重合)。因为光线沿z轴通过石英晶体时不产生双折射,故称z轴为石英晶体的光轴。
x轴与石英晶体横截面上的对角线重合(即与晶体的a轴重合),因为沿x方向对晶体施加压力时,产生的压电效应最显著,故常称x轴为石英晶体的电轴。
z轴与x轴的方向规定后,y轴方向也就定了,如图4-1 a所示。y轴与石英晶体横截面对边的中点连线重合,常称为机械轴。
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在晶体x轴垂直的方向上,切下一块薄晶片,晶片面与x轴垂直,如图4-1b所示,称为x 切割。更详细的说法是:如果晶片的厚度沿x轴方向,长度沿y方向,则称为xy切割。该晶片的长度为l,宽度为lw,厚度为lt,与x轴垂直的二个晶面上涂上电极,并与冲击电流计连接(测量电量用),如图4-1c所示。
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现分别进行如下实验
(1)当晶片受到沿x轴方向的力Fx作用时,通过冲击电流计,可测出在x轴方向电极面上的电荷q(1)1。并发现x轴方向电极面上的电荷密度(q(1)1/llw)的大小与x轴方向单位面积上的力(Fx /llw)成正比,即
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