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厚切石英晶體的頻率溫度依賴性

來源:http://m.wyss.net.cn 作者:金洛鑫 2019年04月16
   關(guān)于石英晶體的切割方式之前我們也討論過許多次了,常見的幾種是AT切割,BT切割,SC切割和GT切割等,每一種切割方式制造出來的石英晶體諧振器都有不同的特性和效果。在這過程中,溫度特性也是一個比較值得注意的重點,往往能不能制造出一顆完整優(yōu)質(zhì)的晶振,也取決于工作溫度和儲存溫度,而且也會影響頻率以及頻率公差。
   除了AT切割,SC切割和GT切割外,石英晶體具有拋物線溫度與頻率的關(guān)系。這意味著,從低溫開始,首先頻率增加,直到指定為T0的溫度作為反轉(zhuǎn)點的溫度。隨著溫度進(jìn)一步升高,頻率再次降低。這種頻率-溫度行為可用拋物線方程描述:
YL1.jpg
   對于溫度系數(shù)TK,在該晶振技術(shù)中定義了每個溫度單位的一個變化,在我們的情況下,每攝氏度的相對頻率變化。但這將是某一溫度下頻率-溫度曲線的斜率;或者,從數(shù)學(xué)上講,上述關(guān)系的一階導(dǎo)數(shù)。因此,在拐點的溫度下,溫度系數(shù)TK=0表示溫度系數(shù)在大多數(shù)情況下是不合適的。最好在要確定的溫度范圍內(nèi)給出最大頻率變化。拋物線開口常數(shù)a由所用的石英切口給出,并且還受到影響參數(shù)的制造公差的影響。通過在一定限度內(nèi)適當(dāng)選擇切割角度可以影響轉(zhuǎn)折點的溫度。在這里,也必須考慮制造公差。
YL2.jpg
圖2.19頻率的溫度響應(yīng)
   由于運(yùn)動的類型,厚度剪切振動對外部影響特別穩(wěn)定??梢院芎玫厥褂檬⒌挠欣牧咸匦?。因此,石英振蕩器主要用作1~250MHz頻率范圍內(nèi)的厚度移位器。由有效質(zhì)量D和有效彈性c66確定的共振頻率以高度簡化的方式描述:
YL3.jpg
對于最常用的AT切割,我們得到根音:
YL4.jpg
d=諧振器的厚度,單位為mm
YL5.jpg
圖2.20厚移位器
   厚度剪切振動的駐波聲波的方向垂直于兩個表面。因此,(或在激勵較高振動階數(shù)時)振動節(jié)點位于Quartz Crystal內(nèi)部,如圖2.20所示。因此振動節(jié)點不可用于諧振器的支架。利用大諧振器和小激勵電極,可以將振蕩能量集中在諧振器中心上,從而可以在諧振器周邊上實現(xiàn)低阻尼支撐。如果諧振器的直徑大于諧振器厚度的60倍并且激勵面積小于諧振器表面的70%,則情況就是這樣。
   因此,低頻的厚剪切振蕩器將不方便地接收大尺寸。能夠通過Resonatorumfanges的刻面或更有效地通過彎曲水晶振動子表面的透鏡形式的執(zhí)行中,振動能量的進(jìn)一步的濃度,以使得AT切割石英下降到1兆赫的在HC-6/U-case和在HC約2.5兆赫的頻率-49/U-住房可以提供。(圖2.21)
YL6.jpg
泛音:
   諧振器厚度約為0.08mm,極限在于薄石英諧振器的經(jīng)濟(jì)可制造性。低于它它是昂貴的。因此,在20MHz以上的頻率下,激發(fā)厚度剪切振動的機(jī)械泛音。在電學(xué)上,只有奇次諧波可以被激勵,因為偶數(shù)諧波電極將是相同的極點。諧振器在n平面的n次諧波處振蕩(圖2.20)。振蕩質(zhì)量基本上與基音相同。因此,在泛音激發(fā)的石英晶體中具有與基本色調(diào)大致相同的動態(tài)電感L1。在n次諧波的n倍頻率處,動態(tài)容量為C1n=C1g/n2。這一事實,特別是泛音的小動態(tài)容量以特別穩(wěn)定的振蕩器的由泛音的結(jié)構(gòu)也可以在低頻率,例如使用也用于5.Oberton中的5MHz。石英振蕩器,其旨在用于操作泛音被提供有更精細(xì)的表面或者以獲得在高頻的足夠低諧振電阻拋光。
   然而,諧波的雷索-nanzwiderstand將比基音(理論上設(shè)Rn=NR1)的大。因此電路測量必須被制成允許石英振子以所需泛音激發(fā),通常通過額外的諧振電路作為選擇劑*)。諧波的頻率與基波不一致,d。小時。它們不是基頻的精確倍數(shù)。偏差可以高達(dá)±50kHz,但也可以匹配,特別是如果用負(fù)載電容拉動石英晶體。其特征在于,在泛音石英具有較小的動態(tài)卡帕奇-TYC1,當(dāng)晶體的提拉可帶來的NF1=FN的協(xié)議。這一事實應(yīng)注意,當(dāng)由對Phasengangdes振蕩器信號的振蕩器電路不當(dāng)影響的非線性產(chǎn)生的電諧波(見2.15.2)*)具有串聯(lián)諧振電路的異常wirdder石英操作電容性的。在fs和fp之間工作的石英的電感部分與電路的電容分量(CL)形成工作頻率fw,然后將圓調(diào)諧到低于工作頻率。例如,對于第三個泛音,在泛音和根之間。
  晶體諧振器本身并不復(fù)雜,但隨著現(xiàn)在要求越來越高,開發(fā)一款新的晶體也沒有以前那么容易,普通一般的石英諧振器漸漸開始滿足不了中高端產(chǎn)品的需求,這對晶振廠家們來說,也是不小的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

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