Когда к кварцевому кристаллу вдоль одной из его осей приложено электрическое напряжение, в нём проявляется пьезоэлектрический эффект — возникает механическое отклонение, перпендикулярное электрическому полю. Точно так же на противоположных гранях по оси кристалла будет возникать ЭДС, если в направлении другой оси (перпендикулярной к первой) приложено механическое усилие. В случае, когда усилие имеет переменный характер (например, движение диафрагмы кристаллического микрофона), производимая ЭДС будет изменяться с той же частотой, что и механические колебания. Если усилие изменяется с частотой, близкой к механическому резонансу кристалла, то в результате возникает вибрация большой амплиуды. Подобными же свойствами обладает поликристаллическая керамика (например, титак бария).
Кварцевые кристаллы, применяемые в радиотехнике, представляют собой тонкие слои (срезы) большого искуственно выращенного кристалла кварца. Чтобы получить желаемую резонансную частоту, эти слои обрабатывают до определённого размера. Характеристика каждого отдельного слоя (потребителю он известен как пьезокристалл) зависит от угла, под которым его срезали от основного кристалла.
Механический (а, следовательно, и электрический) резонанс пьезокристалла определяется его массой, упругостью и величиной трения. При воздействии на кристалл внешней колебательной силы возникает противодействие, причём возрастающее с частотой под воздействием массы, но ослабевающее из-за уменьшения влияния упругости. С ростом частоты наступает момент, когда механические сопротивления массы и упругости компенсируют друг друга, наступает механический резонанс. В соответсвии с характеристикой механических резонансных колебаний резонансные явления возникают и в электрической цепи резонатора.
В действительности картина намного сложнее, и каждый кристаллический слой резонирует на нескольких частотах. Такие вибрации возникают как при продольном, так и при поперечном воздействии, а основная частота и частоты гармоник определяются размерами и массой кристалла.
Источник:
- "Карманный справочник радиоинженера" /Пер. с англ. Сенниковой Т.И./авторы Джон Дэвис, Джозеф Дж. Карр.
Дополнительные материалы: