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石英晶體諧振器的壓電特性


石英材料中的二氧化硅分子(SiO2) 在正常狀態下, 其電偶極是互相平衡的電中性. 在(圖二左)的二氧化硅是以二維空間的簡化圖形. 
當我們在硅原子上方及氧原子下方分別給予正電場及負電場時, 空間系統為了維持電位平衡, 兩個氧原子會相互排斥, 
在氧原子下方形成一個感應正電場區域, 同時在硅原子上方產生感應負電場區域. 相反的情況,
 當我們在硅原子上方及氧原子下方分別給予負電場及正電場時, 兩個氧原子會相互靠近, 
氧原子下方產生感應負電場,硅原子上方產生感應正電場. (圖二). 然而, 氧原子的水平位置變化時, 
鄰近的另一個氧原子會相對的產生排斥或吸引的力量, 迫使氧原子回到原來的空間位置. 因此, 
電場的力量與原子之間的力量會相互牽動, 電場的改變與水平方向的形變是形成交互作用狀態. 
這個交互作用會形成一個在石英材料耗能最小的振動狀態, 祇要由電場持續給與能量, 
石英材料就會與電場之間維持一個共振的頻率. 這個壓電效應下氧原子的振幅與電場強度及電場對二氧化硅的向量角度有相對應的關系.
在實際的應用上, 電場是由鍍在石英芯片上的金屬電極產生, 電場與二氧化硅的向量角度則是由石英晶棒的切割角度來決定.


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