壓電晶體晶體的壓電效應

某些晶體，當沿著一定方向受到外力作用時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，使帶電質(zhì)點發(fā)生相對位移，從而在晶體表面上產(chǎn)生大小相等符號相反的電荷 ；當外力去掉后，又恢復到不帶電狀態(tài)。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象叫壓電效應。反之，如對晶體施加電場，晶體將在一定方向上產(chǎn)生機械變形；當外加電場撤去后，該變形也隨之消失。這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應，也稱作電致伸縮效應。

有一類十分有趣的晶體，當你對它擠壓或拉伸時，它的兩端就會產(chǎn)生不同的電荷。這種效應被稱為壓電效應。能產(chǎn)生壓電效應的晶體就叫壓電晶體。水晶（α-石英）是一種有名的壓電晶體。常見的壓電晶體還有：閃鋅礦、方硼石、電氣石、紅鋅礦、GaAs、鈦酸鋇及其衍生結(jié)構晶體、KH2PO4、NaKC4H4O6·4H2O(羅息鹽)、食糖等。

壓電晶體是用量僅次于單晶硅的電子材料，用于制造選擇和控制頻率的電子元器件，廣泛應用于電子信息產(chǎn)業(yè)各領域，如彩電、空調(diào)、電腦、DVD、無電線通訊等，尤其在高性能電子設備及數(shù)字化設備中應用日益擴大。 　低腐蝕隧道密度壓電晶體是生產(chǎn)SMD頻率片、手機頻率片的必需材料。 壓電晶體產(chǎn)品品種主要有： Z棒、Y棒、厚度片、頻率片。

壓電性產(chǎn)生的原因與晶體結(jié)構有關。原本重合的正、負電荷重心受壓后產(chǎn)生分離而形成電偶極子，從而使晶體特定方向的兩端帶有符號不同的電荷量。

壓電晶體的共同特點：晶體點群（對稱型）沒有對稱中心。

晶體的32個點群中，21個點群不具有對稱中心，但點群432的晶體不顯壓電性，故有20個點群的晶體具有壓電性。

根據(jù)晶振的功能和實現(xiàn)技術的不同，壓電晶體廣泛用作晶體振蕩器。

壓電晶體晶體振蕩器

石英晶體振蕩器分非溫度補償式晶體振蕩器、溫度補償晶體振蕩器（TCXO）、電壓控制晶體振蕩器（VCXO）、恒溫控制式晶體振蕩器（OCXO）和 數(shù)字化/μp補償式晶體振蕩器（DCXO/MCXO）等幾種類型。

普通晶體振蕩器(SPXO)。 這是一種簡單的晶體振蕩器，通常稱為鐘振，其工作原理為圖3中去除“壓控”、“溫度補償”和“AGC”部分,完全是由晶體的自由振蕩完成。這類晶振主要應用于穩(wěn)定度要求不高的場合。

壓控晶體振蕩器(VCXO)。 這是根據(jù)晶振是否帶壓控功能來分類，帶壓控輸入引腳的一類晶振叫VCXO。

恒溫晶體振蕩器(以下簡稱OCXO)。 這類型晶振對溫度穩(wěn)定性的解決方案采用了恒溫槽技術，將晶體置于恒溫槽內(nèi)，通過設置恒溫工作點，使槽體保持恒溫狀態(tài)，在一定范圍內(nèi)不受外界溫度影響，達到穩(wěn)定輸出頻率的效果。這類晶振主要用于各種類型的通信設備，包括交換機、SDH傳輸設備、移動通信直放機、GPS接收機、電臺、數(shù)字電視及軍工設備等領域。根據(jù)用戶需要，該類型晶振可以帶壓控引腳。

恒溫晶體振蕩器原理框圖OCXO的主要優(yōu)點是，由于采用了恒溫槽技術，頻率溫度特性在所有類型晶振中是最好的，由于電路設計精密，其短穩(wěn)和相位噪聲都較好。主要缺點是功耗大、體積大，需要5分鐘左右的加熱時間才能正常工作等。

溫度補償晶體振蕩器(以下簡稱TCXO)。 其對溫度穩(wěn)定性的解決方案采用了一些溫度補償手段，主要原理是通過感應環(huán)境溫度，將溫度信息做適當變換后控制晶振的輸出頻率，達到穩(wěn)定輸出頻率的效果。傳統(tǒng)的TCXO是采用模擬器件進行補償，隨著補償技術的發(fā)展，很多數(shù)字化補償大TCXO開始出現(xiàn)，這種數(shù)字化補償?shù)腡CXO又叫DTCXO，用單片機進行補償時我們稱之為MCXO，由于采用了數(shù)字化技術，這一類型的晶振再溫度特性上達到了很高的精度，并且能夠適應更寬的工作溫度范圍，主要應用于軍工領域和使用環(huán)境惡劣的場合。

壓電晶體身邊的壓電晶體

壓電晶體所能產(chǎn)生的穩(wěn)定不變的振動正是無線電技術中控制頻率所必須的，我們家中的彩色電視機等許多電器設備中都有用壓電晶片制作的濾波器，保證了圖像和聲音的清晰度。你手上戴的石英電子表中有一個核心部件叫石英振子。就是這個關鍵部件保證了石英表比其他機械表更高的走時準確度。

裝有壓電晶體元件的儀器使技術人員研究蒸汽機、內(nèi)燃機及各種化工設備中壓力的變化成為現(xiàn)實。利用壓電晶體甚至可以測量管道中流體的壓力、大炮炮筒在發(fā)射炮彈時承受的壓力以及炸彈爆炸時的瞬時壓力等。

壓電晶體還廣泛應用于聲音的再現(xiàn)、記錄和傳送。安裝在麥克風上的壓電晶片會把聲音的振動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯淖兓Ｂ暡ㄒ慌龅綁弘姳∑?，就會使薄片兩端電極上產(chǎn)生電荷，其大小和符號隨著聲音的變化而變化。這種壓電晶片上電荷的變化，再通過電子裝置，可以變成無線電波傳到遙遠的地方。這些無線電波為收音機所接收，并通過安放在收音機喇叭上的壓電晶體薄片的振動，又變成聲音回蕩在空中。是不是可以這樣說，麥克風中的壓電晶片能“聽得見”聲音，而揚聲器上的壓電晶體薄片則會“說話”或“唱歌”。

石英晶體沿某些特定方向切割所得的石英晶片也具有壓電效應。由于石英晶體在壓力下產(chǎn)出的電場強度很小，這樣僅需很弱的外加電場即可產(chǎn)生形變。這一特性使壓電石英晶體很容易在外加交變電場激勵下產(chǎn)生諧振，而且振蕩能損小，振蕩頻率極穩(wěn)定，加上其優(yōu)良的機械、電氣和化學穩(wěn)定性，使它自40 年代以來就成為石英鐘、電子表、電話、電視、電腦等凡與數(shù)字電路有關的頻率基準而廣泛應用。

自60年代初，壓電石英晶體作為質(zhì)量傳感器的應用一直局限于氣相中，主要原因是其在液相中振蕩一直未獲成功。因為晶體在液相中振蕩導致的能損遠大于氣相中的損耗，早期的振蕩電路又均是照搬氣相中的電路，難免實現(xiàn)不了石英晶體在液相中的振蕩。直到1980年，Nomura和Konash 等實現(xiàn)了石英晶體在溶液中的振蕩，開辟了壓電傳感器應用的全新領域。姚守拙等所設計的振蕩電路，實現(xiàn)了雙面晶體在水溶液及高粘度溶液中的振蕩，促進了壓電傳感器在溶液化學中的應用 。2100433B

有一類十分有趣的晶體，當你對它擠壓或拉伸時，它的兩端就會產(chǎn)生不同的電荷。這種效應被稱為壓電效應。能產(chǎn)生壓電效應的晶體就叫壓電晶體。水晶（α-石英）是一種有名的壓電晶體。

如果按一定方向?qū)λЬw上切下的薄片施加壓力，那么在此薄片上將會產(chǎn)生電荷。如果按相反方向拉伸這一薄片，在此薄片上也會出現(xiàn)電荷，不過符號相反。擠壓或拉伸的力愈大，晶體上的電荷也會愈多。如果在薄片的兩端鍍上電極，并通以交流電，那么薄片將會作周期性的伸長或縮短，即開始振動。這種逆壓電效應在科學技術中已得到了廣泛的應用。用水晶可以制作壓電石英薄片，其面積不過數(shù)平方毫米，厚度則只有零點幾毫米。別小看這小小的晶片，它在無線電技術中卻發(fā)揮著巨大作用。如前所述，在交變電場中，這種薄片的振動頻率絲毫不變。這種穩(wěn)定不變的振動正是無線電技術中控制頻率所必須的，你家中的彩色電視機等許多電器設備中都有用壓電晶片制作的濾波器，保證了圖像和聲音的清晰度。你手上戴的石英電子表中有一個核心部件叫石英振子。就是這個關鍵部件保證了石英表比其他機械表更高的走時準確度。

裝有壓電晶體元件的儀器使技術人員研究蒸汽機、內(nèi)燃機及各種化工設備中壓力的變化成為現(xiàn)實。利用壓電晶體甚至可以測量管道中流體的壓力、大炮炮筒在發(fā)射炮彈時承受的壓力以及炸彈爆炸時的瞬時壓力等。

壓電晶體還廣泛應用于聲音的再現(xiàn)、記錄和傳送。安裝在麥克風上的壓電晶片會把聲音的振動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯淖兓?。聲波一碰到壓電薄片，就會使薄片兩端電極上產(chǎn)生電荷，其大小和符號隨著聲音的變化而變化。這種壓電晶片上電荷的變化，再通過電子裝置，可以變成無線電波傳到遙遠的地方。這些無線電波為收音機所接收，并通過安放在收音機喇叭上的壓電晶體薄片的振動，又變成聲音回蕩在空中。是不是可以這樣說，麥克風中的壓電晶片能“聽得見”聲音，而揚聲器上的壓電晶體薄片則會“說話” 或“唱歌”。

壓電晶體是具有壓電效應的晶體。一般是絕緣介質(zhì)。

用于制造高選擇性濾波器、大功率超聲波發(fā)生器、存儲器、測壓元件、水聲換能器、聲表面延遲器件、壓電發(fā)電機和壓電變壓器等儀器。

• 單晶壓電晶體：

• 包括BaTiO₃、KNbO₃、SiO₂、KH₂PO₄等

• 多晶壓電晶體：

• 如PbTiZrO₃等

• 半導體壓電晶體：

• 包括CdS、GaAs等。