厚切石英晶体的频率温度依赖性
来源:http://www.jinluodz.com 作者:金洛鑫 2019年04月16
关于石英晶体的切割方式之前我们也讨论过许多次了,常见的几种是AT切割,BT切割,SC切割和GT切割等,每一种切割方式制造出来的石英晶体谐振器都有不同的特性和效果。在这过程中,温度特性也是一个比较值得注意的重点,往往能不能制造出一颗完整优质的晶振,也取决于工作温度和储存温度,而且也会影响频率以及频率公差。
除了AT切割,SC切割和GT切割外,石英晶体具有抛物线温度与频率的关系。这意味着,从低温开始,首先频率增加,直到指定为T0的温度作为反转点的温度。随着温度进一步升高,频率再次降低。这种频率-温度行为可用抛物线方程描述:
对于温度系数TK,在该晶振技术中定义了每个温度单位的一个变化,在我们的情况下,每摄氏度的相对频率变化。但这将是某一温度下频率-温度曲线的斜率;或者,从数学上讲,上述关系的一阶导数。因此,在拐点的温度下,温度系数TK=0表示温度系数在大多数情况下是不合适的。最好在要确定的温度范围内给出最大频率变化。抛物线开口常数a由所用的石英切口给出,并且还受到影响参数的制造公差的影响。通过在一定限度内适当选择切割角度可以影响转折点的温度。在这里,也必须考虑制造公差。
对于最常用的AT切割,我们得到根音:
d=谐振器的厚度,单位为mm
因此,低频的厚剪切振荡器将不方便地接收大尺寸。能够通过Resonatorumfanges的刻面或更有效地通过弯曲水晶振动子表面的透镜形式的执行中,振动能量的进一步的浓度,以使得AT切割石英下降到1兆赫的在HC-6/U-case和在HC约2.5兆赫的频率-49/U-住房可以提供。(图2.21) 泛音:
谐振器厚度约为0.08mm,极限在于薄石英谐振器的经济可制造性。低于它它是昂贵的。因此,在20MHz以上的频率下,激发厚度剪切振动的机械泛音。在电学上,只有奇次谐波可以被激励,因为偶数谐波电极将是相同的极点。谐振器在n平面的n次谐波处振荡(图2.20)。振荡质量基本上与基音相同。因此,在泛音激发的石英晶体中具有与基本色调大致相同的动态电感L1。在n次谐波的n倍频率处,动态容量为C1n=C1g/n2。这一事实,特别是泛音的小动态容量以特别稳定的振荡器的由泛音的结构也可以在低频率,例如使用也用于5.Oberton中的5MHz。石英振荡器,其旨在用于操作泛音被提供有更精细的表面或者以获得在高频的足够低谐振电阻抛光。
然而,谐波的雷索-nanzwiderstand将比基音(理论上设Rn=NR1)的大。因此电路测量必须被制成允许石英振子以所需泛音激发,通常通过额外的谐振电路作为选择剂*)。谐波的频率与基波不一致,d。小时。它们不是基频的精确倍数。偏差可以高达±50kHz,但也可以匹配,特别是如果用负载电容拉动石英晶体。其特征在于,在泛音石英具有较小的动态卡帕奇-TYC1,当晶体的提拉可带来的NF1=FN的协议。这一事实应注意,当由对Phasengangdes振荡器信号的振荡器电路不当影响的非线性产生的电谐波(见2.15.2)*)具有串联谐振电路的异常wirdder石英操作电容性的。在fs和fp之间工作的石英的电感部分与电路的电容分量(CL)形成工作频率fw,然后将圆调谐到低于工作频率。例如,对于第三个泛音,在泛音和根之间。
晶体谐振器本身并不复杂,但随着现在要求越来越高,开发一款新的晶体也没有以前那么容易,普通一般的石英谐振器渐渐开始满足不了中高端产品的需求,这对晶振厂家们来说,也是不小的挑战和机遇。
除了AT切割,SC切割和GT切割外,石英晶体具有抛物线温度与频率的关系。这意味着,从低温开始,首先频率增加,直到指定为T0的温度作为反转点的温度。随着温度进一步升高,频率再次降低。这种频率-温度行为可用抛物线方程描述:
对于温度系数TK,在该晶振技术中定义了每个温度单位的一个变化,在我们的情况下,每摄氏度的相对频率变化。但这将是某一温度下频率-温度曲线的斜率;或者,从数学上讲,上述关系的一阶导数。因此,在拐点的温度下,温度系数TK=0表示温度系数在大多数情况下是不合适的。最好在要确定的温度范围内给出最大频率变化。抛物线开口常数a由所用的石英切口给出,并且还受到影响参数的制造公差的影响。通过在一定限度内适当选择切割角度可以影响转折点的温度。在这里,也必须考虑制造公差。
图2.19频率的温度响应
由于运动的类型,厚度剪切振动对外部影响特别稳定。可以很好地使用石英的有利材料特性。因此,石英振荡器主要用作1~250MHz频率范围内的厚度移位器。由有效质量D和有效弹性c66确定的共振频率以高度简化的方式描述:对于最常用的AT切割,我们得到根音:
d=谐振器的厚度,单位为mm
图2.20厚移位器
厚度剪切振动的驻波声波的方向垂直于两个表面。因此,(或在激励较高振动阶数时)振动节点位于Quartz Crystal内部,如图2.20所示。因此振动节点不可用于谐振器的支架。利用大谐振器和小激励电极,可以将振荡能量集中在谐振器中心上,从而可以在谐振器周边上实现低阻尼支撑。如果谐振器的直径大于谐振器厚度的60倍并且激励面积小于谐振器表面的70%,则情况就是这样。因此,低频的厚剪切振荡器将不方便地接收大尺寸。能够通过Resonatorumfanges的刻面或更有效地通过弯曲水晶振动子表面的透镜形式的执行中,振动能量的进一步的浓度,以使得AT切割石英下降到1兆赫的在HC-6/U-case和在HC约2.5兆赫的频率-49/U-住房可以提供。(图2.21) 泛音:
谐振器厚度约为0.08mm,极限在于薄石英谐振器的经济可制造性。低于它它是昂贵的。因此,在20MHz以上的频率下,激发厚度剪切振动的机械泛音。在电学上,只有奇次谐波可以被激励,因为偶数谐波电极将是相同的极点。谐振器在n平面的n次谐波处振荡(图2.20)。振荡质量基本上与基音相同。因此,在泛音激发的石英晶体中具有与基本色调大致相同的动态电感L1。在n次谐波的n倍频率处,动态容量为C1n=C1g/n2。这一事实,特别是泛音的小动态容量以特别稳定的振荡器的由泛音的结构也可以在低频率,例如使用也用于5.Oberton中的5MHz。石英振荡器,其旨在用于操作泛音被提供有更精细的表面或者以获得在高频的足够低谐振电阻抛光。
然而,谐波的雷索-nanzwiderstand将比基音(理论上设Rn=NR1)的大。因此电路测量必须被制成允许石英振子以所需泛音激发,通常通过额外的谐振电路作为选择剂*)。谐波的频率与基波不一致,d。小时。它们不是基频的精确倍数。偏差可以高达±50kHz,但也可以匹配,特别是如果用负载电容拉动石英晶体。其特征在于,在泛音石英具有较小的动态卡帕奇-TYC1,当晶体的提拉可带来的NF1=FN的协议。这一事实应注意,当由对Phasengangdes振荡器信号的振荡器电路不当影响的非线性产生的电谐波(见2.15.2)*)具有串联谐振电路的异常wirdder石英操作电容性的。在fs和fp之间工作的石英的电感部分与电路的电容分量(CL)形成工作频率fw,然后将圆调谐到低于工作频率。例如,对于第三个泛音,在泛音和根之间。
晶体谐振器本身并不复杂,但随着现在要求越来越高,开发一款新的晶体也没有以前那么容易,普通一般的石英谐振器渐渐开始满足不了中高端产品的需求,这对晶振厂家们来说,也是不小的挑战和机遇。
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