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回顾石英水晶的发现与转变晶振过程

来源:http://www.jinluodz.com 作者:金洛鑫电子 2019年02月16
   与石英晶振相关的知识,我们已经了解很多了,但是它的由来却并不是很多人清楚,晶体的原材料是水晶和石英,那么它们是怎么被发现,然后被应用的呢?如果要从源头说起来,这个历程经过了300多年,然而是在近几十年里才被广泛大量的使用,并且制造技术也是在这几十里不断的突破。无线电的发明与使用也与石英晶振息息相关,二者可以说是相辅相成的关系。
   欧洲人约1703年由荷兰水手,从某个地方带来的电气石晶体,电气石在炎热放入灰烬,将灰烬颗粒放在一边并将它们推向对面。过了一段时间,这种敷料效果又转回来了和排斥。水手称这些电气石晶体为锡兰磁铁。1747年Linneaeus赋予电气石晶体学名为lapiselectricus。
   在1756年,Aepinus描述了相反的电极性加热电气石晶体。他把这种效应叫做热电。贝克勒尔看着某些晶体具有电效应。1877年,开尔文勋爵建立了热电性与压电性的相关性。事实证明到目前为止,电气石上最大部分的热电电荷通过弹性形成压电表面电荷晶体的应力是由温度变化引起的。上基于开尔文勋爵的陈述,居里兄弟于1880年在该校发现研究结晶材料的机械变形产生比例电荷。这种现象称为压电效应提及。
   1881年也是在居里兄弟的Lippmanns的推断之后发现了反向压电效应。算了30多年了压电效应而不是科学的好奇心。1910年出版W.Voigt的基础工作,书“水晶物理教科书”。1913年成功Meißner与刚开发的'驱动电极真空放大器管μ产生电振动。反馈是发明的。
   1917年,Langewin(法国)接替水上超声波用于追踪目的生产。他使用了几个平行连接的相同X形截面的排列受到DC脉冲影响的石英元素。频率产生的声波由石英元件的自谐振给出。从过境时间也收到了用石英晶体振荡器反映出来的波可以计算反射物体的距离。在此背景下,Langewin首次描述了这一现象共振。1919年,卡迪使用石英振荡器来稳定频率。
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图1.1卡迪的第一个振荡器图1.2卡迪的单管振荡器
   第一个石英支架,用于带有频率校正的大型发射器和用于均匀波发射器的精密石英带有一个相位旋转的变压器,这里有两个电极取代石英棒被取代:
   关于一个电极对,来自阳极电路的石英振荡器刺激了自己的共振,从另一个电极对通过间接压电效应产生的电荷相位旋转网格放大管再次送入。
   1923年,Prof.G.W.Pierce(哈佛大学)发表了一个振荡电路石英只有一对电极。贝尔电话实验室在柏林找到石英实验室,1924年,LeoOpta制造光晶体作为调谐指示器,它们位于充气外壳中安装时,在石英频率上调节发射器,气体放电点亮由于谐振时的电压过冲(Q次)。无线电业余爱好者是石英稳定发射器的首批用户。该当时常见的自振荡发射器级的储能电路同时进行天线的去耦。由风中天线的变化改变容量和传输频率。补救措施是石英稳定。
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图1.3
   第一个石英支架,用于带有频率校正的大型发射器和用于均匀波发射器的精密石英那时无线电业余爱好者一直使用无线电技术,电子产品超前夸张。在以前的无线电设备开发中,几乎不是工程师也是一位业余无线电爱好者。第一本关于实际结构的出版物石英振荡器于1924年出现在无线电业余报纸QST中。它在很短的时间内完成关注该期刊中的大量出版物,包括制作由业余爱好者自己制作的石英晶体
   1925年,vanDyke教授绘制了双电极石英的等效电路图,由动态串联电路和并联的静态电路组成容量。
   1926年在美国成为纽约WEAF的第一个商业广播电台石英稳定的变送器操作。
   1927年,到目前为止都是石英压电体ÿ削减。美国最优公司的T.Tillyear给出了这个切割方向用较小的温度系数切割。
   1928年成为很多地方的世界实验室和适用于石英家具的生产设施。
   1929年,C.LorenzAG获得柏林恒温器专利石英水晶振子的温度控制。恒温器已配备Y型切割石英。精度为0.1@10-6。要求对于GleichwellensenderStettin,马格德堡柏林的运作频率相同。Meißner和Bechmann在Telefunken调查了更长方形的波纹石英谐振器可避免温度范围内的频率跳变。
   1933年,首次研究了低温梯度的石英切片,Bechmann并且Straubel指定相应的Y切割,其中Tk=0即Yh切割。
   1934年,彼此独立分别来自日本的古贺,Bechman和Straubel在德国和F.R.Lack,G.W.Willard和I.E.Fair贝尔实验室。在美国,指示石英部分,0温度系数为25/C.这些削减将是叫AT和BT切。切割的方向是根据种植区。之后,切割角度可能会偏振光1/6/完全实现。
   1938年,PR-Hofman公司生产特种机器对于现在开始工业生产的石英晶体。由在战争期间,美国对石英的需求正在迅速增长。由于天然原料稀缺,很快就会出现采购问题。还有问题由于长期稳定性不足,造成的不足石英晶体谐振器的表面质量。此时在塑料外壳中安装的惯例进一步促进了频率的长期稳定性,特别是由于渗透水分。在德国是防御技术。
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图1.4气隙支架中的晶体,塑料或陶瓷外壳中的晶体
   仍然设置为可调无线电,这是非常强大的设备先决条件。没有'quartzgpaßμ。只有ZF振荡器和石英过滤器包含精确的晶体。
   1940年在德国现在也在高频石英(AT-section)引入金属镀激励电极(Lorenz和Telefunken)。这些水晶仍在一个精心制作的三分坐在外围石英盘通过焊接细线保持电连接产生的。尽管发生了战争事件,但发展和发展仍在继续两个阵营中的石英晶体技术几乎同时发生。
   1942年(洛伦兹)介绍了用X射线精确测量切割角度。有由此实现约1/50/的切割精度。自1943年以来,削减控制在美国使用大型X射线测角仪进行。要求X射线测角仪的政府推广人数较多为石英行业制造。
   1941年至1945年在美国有3000万石英晶体制成。虽然在美国长时间石英频率较高在生产的气隙支架FT243中,一个已经在欧洲和日本进行过大约1942年,金属镀石英谐振器,但仍然如在美国的塑料外壳或没有密封安装了具有所有缺点的陶瓷外壳。知名持有人在粘接技术之后,FT241和FT243首先被金属外壳取代用导电环氧粘合剂可用于接触。
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图1.5玻璃和金属外壳
   1944年,第一次实验在德国进行,原料石英(水晶)在工业上合成。1948年开始使用Brush(美国),Sawyer(美国)和NihonDempaKogyo(NDK)在日本开发生产合成纤维工业规模的石英材料。晶体管发明于1948年,1953年来自1954年使用的第一个晶体管-有源晶振控制电压在调频晶体管石英振荡器VCXO中。
   1952年,华纳(BellTelephonLab。)给出了尺寸和制造细节振动晶体具有高振动质量和低老化的主要频率标准。从这些数据来看,已知的石英2.5和5MHz5.Oberton长期坚持#1@10-8/周一。出。高度稳定的石英在真空全玻璃外壳中实现。1960年,合成原料现已有足够的数量,成为天然石英材料勉强使用.1962对石英长期稳定性的要求显着增加,特别是在载频技术的应用中。
   Allglasgehäusen为此目的实现了对需求增加的振荡晶体。1968年,J.Staudte推出了微型时钟晶体,它来自于制造半导体技术已知的晶圆光刻技术.1970-1973年开始在AT部分大规模生产石英晶体一些标准频率。最初用于彩色电视中的彩色副载波生成适用于频率为4,4MHz,4,194MHz和4的频率的手表3.9MHz。1976年将大容量石英的频率范围扩大到3.2MHZ到20MHZ:这些晶体的标准外壳现在是HC-18/Uin电阻焊设计。1985年大容量石英现在也在这种情况下HC-18/U高度低。
石英晶体的应用范围可以分为4组,合适生产特点分为:
   1、一次性生产精密石英
   2、小型系列,适用于有特殊要求的特殊应用
   3、大量用于特殊要求,例如汽车技术高冲击需求或具有较小公差的应用
   4、大系列要求低,公差大,只需摆动,但价格低廉,例如用于数字系统的时钟供应。这些包括还有标准频率的廉价完整石英振荡器。在越来越多地使用完整的石英振荡器。也可以在这里找到应用领域建设的重大印记:
   1)精密振荡器,对长期和长期有最高要求短期稳定性。
   2)适用于特殊要求的小型系列。
   3)大系列标准化频率,可大批量使用。精度要求相对较低。所以经常是石英水晶谐振器,这种经典的电子汽车替代了其他组件被预测,答案是越来越多的扩展通过新的应用程序的市场。所以石英技术仍然是一个适应电子产品新创新的挑战。
   读完这篇文章,是不是发现似乎一切都冥冥中自有定义呢,都说懒人是科技发展的第一动力,那么好奇心和未知欲就是推动技术的助力,很多人看到贴片晶振会认为不起眼,因为它的体积非常的小,却有非常大的作用。经过几百年的发展成为产品内部重要的核心部件,由原来的简单晶体,演变成愈来愈多复杂的振荡器,不断适应现今的产品。

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