厚切石英晶體的頻率溫度依賴性
來源：http://m.hhamai.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:
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。
對于最常用的AT切割，我們得到根音：
d=諧振器的厚度，單位為mm
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）
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±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)和機遇。
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:
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。
圖2.19頻率的溫度響應(yīng)
由于運動的類型，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：對于最常用的AT切割，我們得到根音：
d=諧振器的厚度，單位為mm
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）
諧振器厚度約為0.08mm，極限在于薄石英諧振器的經(jīng)濟可制造性。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±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)和機遇。
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