簡(jiǎn)述晶振的定向角和振動(dòng)模式

石英晶體一直生長(zhǎng)在高溶解度領(lǐng)域中,石英的生長(zhǎng)過(guò)程由當(dāng)?shù)氐貐^(qū)溫度系統(tǒng)控制著,使得較高溫度存在于溶解區(qū)中而較低溫度存在于生長(zhǎng)區(qū)中,石英晶體利用其本身具備的壓電特征在現(xiàn)代通信設(shè)備:收發(fā)儀器,電話傳真,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)連接,無(wú)線電通信,雷達(dá)系統(tǒng)等多層領(lǐng)域中為其提供準(zhǔn)確時(shí)序頻率信號(hào),石英晶體振蕩器諧振器是一種高Q值的壓電材料,同時(shí)也能通過(guò)機(jī)能轉(zhuǎn)換對(duì)其晶體進(jìn)行各種角度的切割面積.從而獲得具有不同振動(dòng)模式和不同溫度特性的各種坯料.

在實(shí)際的制造過(guò)程中,石英碎片或營(yíng)養(yǎng)物被放置在長(zhǎng)立式鋼制高壓釜的底部,該高壓釜專門設(shè)計(jì)用于承受高溫和高壓,沿著基面切成的石英晶片懸浮在種子容器的頂部區(qū)域中,加入計(jì)算量的去離子水和氫氧化鈉顆粒并密封容器,現(xiàn)在施加外部熱量以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)等溫區(qū),特殊的絕緣和精心控制的加熱模式對(duì)于獲得適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果非常重要,原石的小石英碎片被苛性堿溶液溶解,圖1和圖2示出了Z板32.768K石英晶體的取向角,其中對(duì)于最常使用的振動(dòng)模式,晶體單元的第一頻率溫度系數(shù)在正常室溫附近變?yōu)榱?

通常用于石英晶振測(cè)量的原子平面(左),精確切割的X射線標(biāo)準(zhǔn)(右)可用于快速校準(zhǔn)X射線測(cè)角儀,表1示出了由振動(dòng)模式確定的振動(dòng)模式,頻率范圍,方向角,寬度,長(zhǎng)度,厚度尺寸和頻率之間的關(guān)系,從該表確定可用于所需頻率的振動(dòng)和取向角的模式,最重要的是溫度控制,因?yàn)闇囟扔绊憼I(yíng)養(yǎng)物的溶解速率,石英在種子上的沉積和區(qū)域之間營(yíng)養(yǎng)物的對(duì)流轉(zhuǎn)移,例如,區(qū)域之間的高溫差導(dǎo)致快速生長(zhǎng),然而,如果溫差太高,則會(huì)發(fā)生種子斷層。通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),建立了約38攝氏度的可行差異.

對(duì)振蕩器設(shè)計(jì)的考慮:選擇晶體振蕩器電路的設(shè)計(jì)工程師應(yīng)仔細(xì)考慮以下因素,(A)環(huán)境變化:晶體具有溫度響應(yīng)性,避免將晶體放置在熱點(diǎn)或冷點(diǎn)附近,在穩(wěn)定性至關(guān)重要的情況下,可能需要溫控振蕩器或烘箱.(B)駕駛水平:所有晶體單元的頻率都會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)電平的變化而發(fā)生某種程度的變化,因此,指定的驅(qū)動(dòng)電平必須是實(shí)際在設(shè)備中使用的驅(qū)動(dòng)電平,調(diào)整為各種切割所指示的最大驅(qū)動(dòng)水平,如果需要降低驅(qū)動(dòng)電平,請(qǐng)與參考石英晶體振蕩器一起指定,在某些情況下,可能需要客戶的振蕩器電路.(C)操作模式:振蕩器電路應(yīng)設(shè)計(jì)為以串聯(lián)或并聯(lián)諧振模式工作,晶體在串聯(lián)諧振和負(fù)載諧振之間保持穩(wěn)定的振蕩,以電感方式工作的振蕩器電路(低于串聯(lián)諧振)通常是不穩(wěn)定的.

(D)隔離輸出負(fù)載:振蕩器負(fù)載應(yīng)保持恒定,以防止振蕩器后的放大器級(jí)產(chǎn)生不必要的無(wú)功效應(yīng),在需要高穩(wěn)定性的情況下,可能需要適當(dāng)?shù)钠帘?緩沖放大器或中和電路,(E)調(diào)節(jié)電源:在大多數(shù)情況下,晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性直接取決于電源的穩(wěn)定性,因此,電壓調(diào)節(jié)很重要,等效電路參數(shù):通過(guò)電極電壓激勵(lì)的輕微阻尼機(jī)械振動(dòng)器的任何模式的特性可以在諧振頻率的區(qū)域中由等效電路表示,該電路由運(yùn)動(dòng)電容(C),運(yùn)動(dòng)電感(L)和運(yùn)動(dòng)電阻組成,(R)串聯(lián),由總并聯(lián)電容(Co)分流是晶體電極和引腳或引線的靜電電容之和,圖4中所示的石英單元等效電路的表示.

對(duì)于許多電子設(shè)備應(yīng)用,需要通過(guò)使用負(fù)載電抗元件來(lái)提取晶體頻率,這是必要的,以便減少制造公差或在鎖相環(huán)和頻率調(diào)制應(yīng)用中,振蕩器借助于電子電路,這些振蕩在手表的情況下非常精確地控制顯示機(jī)構(gòu),現(xiàn)代振蕩器晶體基于如下原理:如果在其表面上施加交流電,則正確安裝和支撐的石英晶體將以非常確定的頻率機(jī)械振動(dòng),頻率取決于晶體的尺寸:對(duì)于AT型切割坯料,晶體越薄,振動(dòng)頻率越高,振動(dòng)晶體以其共振頻率消耗功率.