Пьезоэлектрический эффект (часть 1)


Кристаллы кварца способны при сжатии создавать на своей поверхности электрические заряды. И наоборот, кристаллы кварца слегка изменяют свои размеры, если к их противоположным граням приложить электрическое напряжение. Это свойство называется пьезоэлектрическим эффектом. Он используется для получения ультразвуковых волн в воде от переменного напряжения, прикладываемого к вырезанной из кристалла кварца плоской пластине. Пьезоэлектрическая связь электрического напряжения с механическими усилиями позволяет представить механические параметры — жесткость и массу электрическими эквивалентами, образуя резонансный контур. Добротность этого эквивалентного электрического контура Q может быть порядка многих тысяч. Поэтому он обеспечивает очень высокую стабильность частоты автогенератора.
Для радиотехнических целей кварц изготовляется следующим образом. Кристалл распиливается на пластинки площадью примерно 6 см2 и толщиной 3 мм. Кристаллическая структура кварца такова, что тщательно выпиленная кварцевая пластинка обладает одной резонансной частотой пьезоэлектрического эффекта, которая почти не меняется. Резонансная частота определяется геометрическими размерами пластинки кварца и тем, из какой части кристалла она вырезана. Кварцевые пластины выпиливаются с соответствующей ориентацией относительно граней кристалла. Пластинки тщательно шлифуются очень мелкими абразивами. Резонансная частота пластинки контролируется в процессе изготовления измерениями с помощью генератора. Если пластинка сделана более тонкой, чем следовало, время и труд оказываются затраченными напрасно, потому что частота будет выше требуемой.
Наиболее широко используется срез пластинок с ориентацией в 35,5° относительно оптической оси кристалла. Кварцы такого среза могут делаться различных размеров для частот от 500 кгц до, примерно 10 000 кгц. Резонансная частота кварцевой пластинки равна:
fкв=1675/d,

где d — толщина пластинки в миллиметрах.