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壓電石英晶體的制作以及商業(yè)化
壓電諧振器可以控制振蕩器的頻率,這一發(fā)現(xiàn)最初是由業(yè)余無線電愛好者組成的.由于壓電水晶控制的好處得到了廣泛的重視,商業(yè)廣播電臺轉換了他們的設備,市場迅速擴大.在石英晶體單元制造的頭幾年,幾乎所有的商業(yè)單位都是用四邊形板制作的,因為這種板的成型相對容易.
四邊形板的使用延續(xù)了軍方對水晶的控制,直到第二次世界大戰(zhàn)中期.在軍事和商業(yè)用途上的許多板塊都是一英寸或更大.在戰(zhàn)爭年代,水晶單位需求的增加使石英晶振成為一種越來越有價值的商品;對更有效利用的需求推動了替代(小)板設計的發(fā)展.然而,四邊形板的使用一直持續(xù)到20世紀60年代初,尤其是在“火腿”無線電應用中.
目前,壓電水晶行業(yè)似乎已經(jīng)進入了一個完整的周期:在表面安裝設備中不斷擴大的對較小尺寸包裝的需求驅動下,四邊形板已經(jīng)重返市場.盡管技術進步了,但四邊形板仍然呈現(xiàn)出令人煩惱的特點,挑戰(zhàn)了今天的制造商,因為它們挑戰(zhàn)了昔日的制造商.今天的大部分需求是為了更高頻率的“AT-”和“BT-”切割石英晶體;因此,我們將限制我們的討論,重點是石英晶體.
圖1.0代表了人工(人造)石英石的頂部視圖.y軸是機械軸,如圖所示.y切割板從石頭上切割下來,厚度尺寸與y軸平行.y切板的頻率主要由其厚度決定.然而,y切割板顯示出不適合商業(yè)用途的特點,所以今天使用的大多數(shù)盤子都是稍微旋轉的角度,結果是有更可取的,可再生的屬性(最重要的是石英晶振頻率穩(wěn)定性和溫度).兩個最常見的單獨旋轉的y軸切割是AT-和BT-cut,從圖中可以看出,在朝向上幾乎是相反的.這種方向上的差異導致了操作特征的顯著差異,如下所述.
圖2.0說明了可以在石英板中誘導的各種振動模式.AT和BT板主要在厚度剪切模式下振動.然而,重要的是要了解,任何石英板都可以在一個或多個有插圖的模式中振動,甚至在兩個或更多的組合中.“其他”類型的振動可能是電性的、機械的、聲學的、熱的或由這些因素的某些組合引起的;這些誘導反應通常被稱為“耦合的”或“不需要的”模式.當厚度剪切模式被激發(fā)時,任何單個旋轉的厚度剪切諧振器也會在面對剪切模式時振動.
在板的厚度剪切頻率響應可以描述使用三個系統(tǒng):第一個數(shù)字表示的數(shù)量half-waves通過板的厚度,第二個代表循環(huán)的數(shù)量在板的軸和第三,沿著z軸循環(huán)的數(shù)量.泛音總是奇數(shù)的整數(shù)倍,所以使用這個命名法,模式1,1,1;3、1、1;5、1、1;等等,分別代表主模式,第三和第五次諧波的泛音.
一個具有直邊和方形邊緣的諧振板,理想的形狀是反射波和促進駐波的產(chǎn)生.產(chǎn)生非期望頻率的波會引起問題;在厚度剪切板的情況下,“偽”頻率響應和“耦合模態(tài)”是特別值得注意的.
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