Пьезорезонаторы (П/Р), физический смысл гармоник

ЭиМСХТ  №5

ПЬЕЗОРЕЗОНАТОРЫ (П/Р), ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ГАРМОНИК.

Пьезоэлектрический резонатор – это разновидность преобразователя электро-механического типа. Основан п/р на: механическом вибраторе из кристаллического или поликристаллического пьезоэлектрического материала, выполняется обычно в виде элемента правильной формы: прямоугольной пластины, диска, стержня и др. На вибратор, пьезоэлемент наносится система из 2-х или более элементов, используемых для возбуждения  в нем механических колебаний. Преобразование механического колебания в электрическую энергию – прямой пьезоэффект, а преобразование электрического в механическую – обратный эффект. Пьезоэектроматериалы анизотропны – их электрические и механические свойства не одинаковы на различных направлениях кристалла.

            На частоте пьезорезонанса кварц может быть представлен эквивалентной схемой:

где L – условная индуктивность, индуктивность L – эквивалентная масса m, емкость С – поддатливость S, R – сопротивление условно определяет активные потери на нагрев кристалла, C₀ – емкость кристаллических элементов к пьезе кристаллу, эл. напр. эквивал – сила F, эл. ток эквивал. – скорость смещения V, эл. сопротивл Z_Э=U/I – механическое сопротивление.

            Представление контур очень отдаленно условное и справедливо только на частоте колебаний пьезо кристалла, вне этих частот представление не действует:

            Если принять что R – условно 0 то получим две частоты резонанса:

1)   - это частота параллельного резонанса образуемая цепью RLC или тоже самое числителем компактной формулы записи Z.

2)   - это частота параллельного резонанса, очень близка к Wпослед., т.к. С₀ >> С, различия 1000-ые доли процента.

Физический смысл гармоник иной в сравнении с привычным понятием, который состоит в том, что гармоники это результат нелинейных искажений. По отношению к кварцу гармоники, это частоты для которых так же образуется электро-механическая стоячая волна. Из внешнего вида физических процессов по основной частоте Þ что стоячая волна может быть образована на второй, третьей, … частотах, при этом амплитуды кварцевых колебаний убывают не значительно, так же как и добротность, так что » на 250-ой гармонике эффект пьезорезонанса не значительно хуже чем на 1-ой.