AT切割石英晶體的串聯(lián)諧振頻率特性
來(lái)源：http://www.benpai.com.cn 作者：金洛鑫電子 2019年04月18
AT切割應(yīng)該是目前使用次數(shù)最多的一種石英晶體切割方式，我們熟悉的很多進(jìn)口晶振型號(hào)都是采用了AT切割生產(chǎn)的，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)晶體晶振低成本，批量制造，頻率穩(wěn)定，耐高溫等特性和要求。而且AT切割操作起來(lái)，相對(duì)SC切割，BT切割，GT切割等其他切割方法，要更簡(jiǎn)單一些，因此受到眾多晶體制造商們的歡迎和廣泛使用。
石英晶體頻率的溫度依賴性通常具有拋物線特征。AT切割厚度剪切是一個(gè)例外，其溫度依賴性遵循三度方程的頻率（圖2.26）。至=25°C。
在該等式中，參考溫度To任意設(shè)定為實(shí)用值25℃。拐點(diǎn)Tw的溫度為約25℃至35℃。常數(shù)a，b，c取決于交叉角2，因此取決于拐點(diǎn)中曲線的斜率，也是頻率的最大值和最小值-Tempe-raturabhängigkeit。這些頻率的溫度依賴性的特征形式導(dǎo)致每個(gè)溫度范圍的不同的最佳切割角度。如果石英在泛音中操作，則反轉(zhuǎn)點(diǎn)的頻率間隔大約80ppm。為了抵消這種情況，在用于在泛音中操作的石英晶體諧振器的情況下，交叉角移動(dòng)大約7分鐘。對(duì)溫度分布和拐點(diǎn)溫度的另一個(gè)影響具有石英元件的直徑和表面曲率。以下是方程（17）中常量的兩個(gè)例子：
)2=2-35°30'
附錄B顯示了相應(yīng)的曲線族。因此，在一定溫度范圍內(nèi)頻率變化的最小化被設(shè)定為物理極限，從而考慮制造相關(guān)的切割角度變化。
在耐溫度溫度響應(yīng)的情況下，必須考慮到動(dòng)態(tài)電容也依賴于C1：
在具有負(fù)載電容CL的石英振蕩器工作期間，拉動(dòng)量因此也變得與溫度有關(guān)：
拉伸量的這種溫度依賴性（僅與具有大C1的石英相關(guān)）將被加到串聯(lián)諧振頻率的溫度依賴性上（圖2.28）。這給出了負(fù)載共振頻率的溫度依賴性。
如果溫度變化非常快，將始終出現(xiàn)溫度依賴性的滯后現(xiàn)象。石英晶振僅在一定時(shí)間后才會(huì)達(dá)到石英外殼的溫度。對(duì)于真空石英晶體尤其如此。溫度響應(yīng)的滯后現(xiàn)象，如果溫度變化非常快，將始終出現(xiàn)溫度依賴性的滯后現(xiàn)象。石英諧振器僅在一定時(shí)間后才會(huì)達(dá)到石英外殼的溫度。對(duì)于真空石英晶體尤其如此。從溫度變化太快開(kāi)始，取決于支架的熱傳導(dǎo)和石英諧振器的質(zhì)量。較低的石英頻率=較厚的諧振器意味著加熱慣性。滯后的另一個(gè)原因是由于諧振器中的溫度梯度導(dǎo)致諧振器中的溫度應(yīng)力。這是由諧振器的不均勻腐蝕引起的。恒溫器的結(jié)構(gòu)必須確保振動(dòng)石英的均勻，對(duì)稱的熱流。與石英連接的電連接必須導(dǎo)熱性差，因此通過(guò)連接和支架不會(huì)發(fā)生熱量流到石英諧振器。即使在低溫波動(dòng)時(shí)，溫度梯度也會(huì)導(dǎo)致頻率過(guò)沖。過(guò)沖可能明顯大于靜態(tài)溫度依賴性。在一個(gè)方向上運(yùn)行的滯后可能是由于安裝系統(tǒng)的殘余機(jī)械應(yīng)力造成的。溫度循環(huán)使系統(tǒng)退火。經(jīng)過(guò)幾個(gè)循環(huán)后，這種滯后變小。在石英振蕩器上的機(jī)械負(fù)載之后，例如由于沖擊或不允許的加速，可以預(yù)期滯后類型C。
圖2.29遲滯
電路中的溫度響應(yīng)：
到目前為止所描述的頻率的溫度依賴性是石英振蕩器的溫度依賴性，而沒(méi)有振蕩器電路的部件的溫度變化的影響。圖2.30顯示了壓控晶體振蕩器（VCXO）在不同控制電壓Uz（引入應(yīng)力）下的溫度響應(yīng)。電容二極管只有一個(gè)大的阻塞電壓，負(fù)載電容值抵消效應(yīng)，隨著吸收電壓的降低，影響呈現(xiàn)更大的負(fù)值。應(yīng)用的串聯(lián)線圈參與溫度響應(yīng)，溫度為-0.2ppm/°C。幅度和方向取決于所使用的元件和電路，因此不能給出一般指示。
已知溫度值研究電路，以便通過(guò)石英的剪切角修正來(lái)考慮電路影響。
深圳市金洛鑫電子自己開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的石英晶振，貼片晶振和插件晶振等產(chǎn)品，幾乎都是采用AT切割方式，多年來(lái)我司的石英水晶組件得到用戶的支持和信任，咨詢訂購(gòu)熱線：0755-27837162。
石英晶體頻率的溫度依賴性通常具有拋物線特征。AT切割厚度剪切是一個(gè)例外，其溫度依賴性遵循三度方程的頻率（圖2.26）。至=25°C。
在該等式中，參考溫度To任意設(shè)定為實(shí)用值25℃。拐點(diǎn)Tw的溫度為約25℃至35℃。常數(shù)a，b，c取決于交叉角2，因此取決于拐點(diǎn)中曲線的斜率，也是頻率的最大值和最小值-Tempe-raturabhängigkeit。這些頻率的溫度依賴性的特征形式導(dǎo)致每個(gè)溫度范圍的不同的最佳切割角度。如果石英在泛音中操作，則反轉(zhuǎn)點(diǎn)的頻率間隔大約80ppm。為了抵消這種情況，在用于在泛音中操作的石英晶體諧振器的情況下，交叉角移動(dòng)大約7分鐘。對(duì)溫度分布和拐點(diǎn)溫度的另一個(gè)影響具有石英元件的直徑和表面曲率。以下是方程（17）中常量的兩個(gè)例子：
| Planquarze | Linsenquarze | ||
| a | (-1,32-0,085@)2)@10-6 | (-1,293 | -0,08308@)2)@10-6 |
| b | (0,15-0,093)2)@10-9 | (-2,889 | -0,0990@)2)@10-9 |
| c | (101,3+0,200@)2)@10-12 | (101,3+0,200)2)@10-12 | |
附錄B顯示了相應(yīng)的曲線族。因此，在一定溫度范圍內(nèi)頻率變化的最小化被設(shè)定為物理極限，從而考慮制造相關(guān)的切割角度變化。
圖2.26頻率的溫度響應(yīng)，AT切割-石英（D/d=60）
對(duì)于在恒溫晶振中操作的石英，選擇切割角度使得逆溫點(diǎn)的溫度與恒溫器溫度過(guò)度匹配。這導(dǎo)致恒溫器的殘余紋波不會(huì)引起頻率波動(dòng)。圖2.27中的下部顯示了相應(yīng)返回點(diǎn)的溫度系數(shù)f/f）距離h（）f/）h2）。通過(guò)使用實(shí)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)點(diǎn)附近溫度系數(shù)的進(jìn)一步最小化desSC切。然而，雙重轉(zhuǎn)動(dòng)的SC切割生產(chǎn)起來(lái)非常昂貴，因此成本高昂。（附錄B）。
圖2.27在恒溫器中的應(yīng)用，）f/f斜率//C2
負(fù)載共振頻率的溫度依賴性：在耐溫度溫度響應(yīng)的情況下，必須考慮到動(dòng)態(tài)電容也依賴于C1：
在具有負(fù)載電容CL的石英振蕩器工作期間，拉動(dòng)量因此也變得與溫度有關(guān)：
拉伸量的這種溫度依賴性（僅與具有大C1的石英相關(guān)）將被加到串聯(lián)諧振頻率的溫度依賴性上（圖2.28）。這給出了負(fù)載共振頻率的溫度依賴性。
圖2.28頻率-溫度與負(fù)載容量的關(guān)系
溫度響應(yīng)的滯后現(xiàn)象：如果溫度變化非常快，將始終出現(xiàn)溫度依賴性的滯后現(xiàn)象。石英晶振僅在一定時(shí)間后才會(huì)達(dá)到石英外殼的溫度。對(duì)于真空石英晶體尤其如此。溫度響應(yīng)的滯后現(xiàn)象，如果溫度變化非常快，將始終出現(xiàn)溫度依賴性的滯后現(xiàn)象。石英諧振器僅在一定時(shí)間后才會(huì)達(dá)到石英外殼的溫度。對(duì)于真空石英晶體尤其如此。從溫度變化太快開(kāi)始，取決于支架的熱傳導(dǎo)和石英諧振器的質(zhì)量。較低的石英頻率=較厚的諧振器意味著加熱慣性。滯后的另一個(gè)原因是由于諧振器中的溫度梯度導(dǎo)致諧振器中的溫度應(yīng)力。這是由諧振器的不均勻腐蝕引起的。恒溫器的結(jié)構(gòu)必須確保振動(dòng)石英的均勻，對(duì)稱的熱流。與石英連接的電連接必須導(dǎo)熱性差，因此通過(guò)連接和支架不會(huì)發(fā)生熱量流到石英諧振器。即使在低溫波動(dòng)時(shí)，溫度梯度也會(huì)導(dǎo)致頻率過(guò)沖。過(guò)沖可能明顯大于靜態(tài)溫度依賴性。在一個(gè)方向上運(yùn)行的滯后可能是由于安裝系統(tǒng)的殘余機(jī)械應(yīng)力造成的。溫度循環(huán)使系統(tǒng)退火。經(jīng)過(guò)幾個(gè)循環(huán)后，這種滯后變小。在石英振蕩器上的機(jī)械負(fù)載之后，例如由于沖擊或不允許的加速，可以預(yù)期滯后類型C。
電路中的溫度響應(yīng)：
到目前為止所描述的頻率的溫度依賴性是石英振蕩器的溫度依賴性，而沒(méi)有振蕩器電路的部件的溫度變化的影響。圖2.30顯示了壓控晶體振蕩器（VCXO）在不同控制電壓Uz（引入應(yīng)力）下的溫度響應(yīng)。電容二極管只有一個(gè)大的阻塞電壓，負(fù)載電容值抵消效應(yīng)，隨著吸收電壓的降低，影響呈現(xiàn)更大的負(fù)值。應(yīng)用的串聯(lián)線圈參與溫度響應(yīng)，溫度為-0.2ppm/°C。幅度和方向取決于所使用的元件和電路，因此不能給出一般指示。
深圳市金洛鑫電子自己開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的石英晶振，貼片晶振和插件晶振等產(chǎn)品，幾乎都是采用AT切割方式，多年來(lái)我司的石英水晶組件得到用戶的支持和信任，咨詢訂購(gòu)熱線：0755-27837162。
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