Rezonatoare piezoelectrice cu cuarț

Rezonatoare piezoelectrice cu cuart

Introducere

Rezonatoarele piezoelectrice sunt dispozitive electronice caracterizate prin faptul ca impedanta de intrare este puternic dependenta de frecventa intr-o anumita gama de valori. Aceste dispozitive sunt utilizate ca circuite rezonante cu factori de calitate mari si foarte mari (〖10〗^3-〖10〗^6) la frecvente in domeniul 〖10〗^(4 )- 〖10〗^8 Hz, inlocuid circuitele LC.

Functionarea rezonatoarelor piezoelectrice se bazeaza pe efectul piezoelectric direct si invers; un camp electric de comanda genereaza o unda elastica daca dimensiunile dispozitivului permit stabilirea unui regim de unda staionara are loc rezonanta elestica caracterizata prin oscilatii elestice intretinute ale punctelor materiale din interiorul dispozitivului, avand ca rezultat modificarea impedantei de intrare complexe. Rezulta deci ca structura si performantele rezonatoarelor piezoelectrice depind de tipul constuctiv considerat si materialul utilizat, respectiv de modul de excitare electrica si de directie si tipul undei elestice generate.

Principiul de functionare si parametrii rezonatoarelor piezoelectrice cu cuart.

Prin aplicarea unui camp electric cu valoare instantanee E(t) asupra unui material, apare o sarcina superficiala prin intermediul polarizatiei electrice P la suprafata materialului comform legii de material:

D(t) = εE(t) = P(t) + ε_0E(t), unde D(t) reprezinta densitatea sarcinii superficiale create (inductia electrica), ε este un coeficient de material numit permitivitate dielectrica absoluta, iar ε_0 este permitivitatea electrica absoluta a vidului.

Rezulta astfel niste cauze externe de natura diferita (mecanica, T si respectiv electrica, E) pot determina independent variatia marimilor efect S si respectiv D, variatie descrisa de sistemul de ecuatii:

{(D(t)=εE(t)+dT(t) @S(t)=dE(t)+sT(t))┤

Elementele schemei echivalente au urmatoarele semnificatii:

- C_0^S este capacitatea elactrica prezentata de rezonator daca se impiedica oscilatia elastica;

- R_e este rezistenta electrica echivalenta pierderilor de putere activa de natura dielectrica;

- n este raportul de transformare al transformatorului electro-elastic;

- reactanta L-C modeleaza electric rezonanta elastica

- R este o rezistenta care atenueaza oscilatia electrica a circuitului serie LC, fiind determinata de pirderile de putere de natura elastica, datorita vascozitatii interne a materialului piezoelectric.

Tehnologia de realizare a rezonatoarelor cu cuart

Modul de lucru

Unda elastica rezultata din oscilatiile elestice se propaga pe o directie paralela cu directia de oscilatie determinand astfel unda elestica longitudinala sau pe o directie perpendiculara pe directia de oscilatie determinand o unda elastica transversala.

Lucrarea isi propune determinarea experimentala a parametrilor de functionare a rezonatoarelor piezoelectrice de cuart.

Admitanta de intrare a rezonatorului piezoelectric se comporta ca un condensator cu pierderi in afara rezonantei elastic; circuitul RLC este activ numai in jurul rezonantei, descriind un cerc.

Componenta reala (G) si componenta imaginara (B) a admitantei sunt:

G = |Yin| cos φz

B = |Yin| sin φz.