水晶的壓電效應

石英晶體的應用

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，當受到機械應力作用時將產生與應力成正比的電場或電荷，這種現象稱為正壓電效應。反之，當石英晶片受到電場作用時將產生與電場成正比的應變，這種現象稱為逆壓電效應。正、逆兩種效應合稱為壓電效應。石英晶體不僅具有壓電效應，而且還具有優良的機械特性、電學特性和溫度特性。用它設計製作的諧振器、振蕩器和濾波器等，在穩頻和選頻方面都有突出的優點。

石英材料(水晶)

石英產品主要是利用石英材料（水晶）的壓電效應製成的電子原件和器件，壓電效應是一種機電能量互換的現象，壓電效應分為正壓電效應和逆壓電效應，正壓電效應是以機械應力及應變（形變）作用而使物體產生電荷或電壓輸出。逆壓電效應是以電能輸入使之產生機械能或位移（形變）的輸出。如果把交變電壓施加到石英晶片兩個電極之間，當交變電壓的頻率與石英晶片固有頻率一致時，通過逆壓電效應，晶片便產生機械振動，同時又通過正壓電效應而輸出電信號。石英材料的壓電效應是有方向性的，只有在電軸方向才具有壓電效應。石英有天然石英和人造石英。天然石英和人造石英均為多面體形狀。目前電子元器件使用的主要是人造石英材料。主要成分為氧化矽之結晶體SiO2。

使用石英為震盪源的產品主要有石英晶體諧振器、石英晶體振盪器。

主要要特點有：高穩定性（年老化率小於+/- 3PPM）、高Q（品質因數）值、低功耗、小體積、易於使用。

產品主要應用於通訊、航空航太、家用電器、數位電視、影音播放、鐘錶，電腦業的微處理機、微電腦、終端機，量測設備、自動控制、電話、導航等領域。一般石英晶體諧振器的頻率可從數百赫茲至幾百兆赫茲。

壓電效應簡介

壓電體受到外機械力作用而發生電極化，並導致壓電體兩端表面內出現符號相反的束縛電荷，其電荷密度與外機械力成正比，這種現象稱為正壓電效應。 壓電體受到外電場作用而發生形變，其形變量與外電場強度成正比，這種現象稱為逆壓電效應。 具有正壓電效應的固體，也必定具有逆壓電效應，反之亦然。 正壓電效應和逆壓電效應總稱為壓電效應。晶體是否具有壓電效應，是由晶體結構的對稱性所決定的。

某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉後，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉後，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應。依據電介質壓電效應研製的一類傳感器稱為壓電傳感器。

壓電效應原理

壓電效應的原理是，如果對壓電材料施加壓力，它便會產生電位差（稱之為正壓電效應），反之施加電壓，則產生機械應力（稱為逆壓電效應）。如果壓力是一種高頻震動，則產生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時，則產生高頻聲信號（機械震動），這就是我們平常所說的超聲波信號。也就是說，壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能，這種相互對應的關係確實非常有意思。

壓電材料可以因機械變形產生電場，也可以因電場作用產生機械變形，這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應用。例如，壓電材料已被用來製作智能結構，此類結構除具有自承載能力外，還具有自診斷性、自適應性和自修復性等功能，在未來的飛行器設計中占有重要的地位。

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