厚切石英晶體的頻率溫度依賴性
來源：http://www.ytxiaoping.cn 作者：金洛鑫 2019年04月16
關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質的晶振，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TK，在該晶振技術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，從數學上講，上述關系的一階導數。因此，在拐點的溫度下，溫度系數TK=0表示溫度系數在大多數情況下是不合適的。最好在要確定的溫度范圍內給出最大頻率變化。拋物線開口常數a由所用的石英切口給出，并且還受到影響參數的制造公差的影響。通過在一定限度內適當選擇切割角度可以影響轉折點的溫度。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，激發厚度剪切振動的機械泛音。在電學上，只有奇次諧波可以被激勵，因為偶數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）。振蕩質量基本上與基音相同。因此，在泛音激發的石英晶體中具有與基本色調大致相同的動態電感L1。在n次諧波的n倍頻率處，動態容量為C1n=C1g/n2。這一事實，特別是泛音的小動態容量以特別穩定的振蕩器的由泛音的結構也可以在低頻率，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，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。偏差可以高達±50kHz，但也可以匹配，特別是如果用負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卡帕奇-TYC1，當晶體的提拉可帶來的NF1=FN的協議。這一事實應注意，當由對Phasengangdes振蕩器信號的振蕩器電路不當影響的非線性產生的電諧波（見2.15.2）*）具有串聯諧振電路的異常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雜，但隨著現在要求越來越高，開發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品的需求，這對晶振廠家們來說，也是不小的挑戰和機遇。
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TK，在該晶振技術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，從數學上講，上述關系的一階導數。因此，在拐點的溫度下，溫度系數TK=0表示溫度系數在大多數情況下是不合適的。最好在要確定的溫度范圍內給出最大頻率變化。拋物線開口常數a由所用的石英切口給出，并且還受到影響參數的制造公差的影響。通過在一定限度內適當選擇切割角度可以影響轉折點的溫度。在這里，也必須考慮制造公差。
圖2.19頻率的溫度響應
由于運動的類型，厚度剪切振動對外部影響特別穩定。可以很好地使用石英的有利材料特性。因此，石英振蕩器主要用作1~250MHz頻率范圍內的厚度移位器。由有效質量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時）振動節點位于Quartz Crystal內部，如圖2.20所示。因此振動節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，激發厚度剪切振動的機械泛音。在電學上，只有奇次諧波可以被激勵，因為偶數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）。振蕩質量基本上與基音相同。因此，在泛音激發的石英晶體中具有與基本色調大致相同的動態電感L1。在n次諧波的n倍頻率處，動態容量為C1n=C1g/n2。這一事實，特別是泛音的小動態容量以特別穩定的振蕩器的由泛音的結構也可以在低頻率，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，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。偏差可以高達±50kHz，但也可以匹配，特別是如果用負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卡帕奇-TYC1，當晶體的提拉可帶來的NF1=FN的協議。這一事實應注意，當由對Phasengangdes振蕩器信號的振蕩器電路不當影響的非線性產生的電諧波（見2.15.2）*）具有串聯諧振電路的異常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雜，但隨著現在要求越來越高，開發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品的需求，這對晶振廠家們來說，也是不小的挑戰和機遇。
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