AT切割石英晶體的串聯(lián)諧振頻率特性
來源：http://www.zghybn.com 作者：金洛鑫電子 2019年04月18
AT切割應該是目前使用次數(shù)最多的一種石英晶體切割方式，我們熟悉的很多進口晶振型號都是采用了AT切割生產(chǎn)的，因為它可以實現(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，相對SC切割，BT切割，GT切割等其他切割方法，要更簡單一些，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任意設定為實用值25℃。拐點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致每個溫度范圍的不同的最佳切割角度。如果石英在泛音中操作，則反轉點的頻率間隔大約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，交叉角移動大約7分鐘。對溫度分布和拐點溫度的另一個影響具有石英元件的直徑和表面曲率。以下是方程（17）中常量的兩個例子：
)2=2-35°30'
附錄B顯示了相應的曲線族。因此，在一定溫度范圍內(nèi)頻率變化的最小化被設定為物理極限，從而考慮制造相關的切割角度變化。
在耐溫度溫度響應的情況下，必須考慮到動態(tài)電容也依賴于C1：
在具有負載電容CL的石英振蕩器工作期間，拉動量因此也變得與溫度有關：
拉伸量的這種溫度依賴性（僅與具有大C1的石英相關）將被加到串聯(lián)諧振頻率的溫度依賴性上（圖2.28）。這給出了負載共振頻率的溫度依賴性。
如果溫度變化非?？?，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間后才會達到石英外殼的溫度。對于真空石英晶體尤其如此。溫度響應的滯后現(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間后才會達到石英外殼的溫度。對于真空石英晶體尤其如此。從溫度變化太快開始，取決于支架的熱傳導和石英諧振器的質量。較低的石英頻率=較厚的諧振器意味著加熱慣性。滯后的另一個原因是由于諧振器中的溫度梯度導致諧振器中的溫度應力。這是由諧振器的不均勻腐蝕引起的。恒溫器的結構必須確保振動石英的均勻，對稱的熱流。與石英連接的電連接必須導熱性差，因此通過連接和支架不會發(fā)生熱量流到石英諧振器。即使在低溫波動時，溫度梯度也會導致頻率過沖。過沖可能明顯大于靜態(tài)溫度依賴性。在一個方向上運行的滯后可能是由于安裝系統(tǒng)的殘余機械應力造成的。溫度循環(huán)使系統(tǒng)退火。經(jīng)過幾個循環(huán)后，這種滯后變小。在石英振蕩器上的機械負載之后，例如由于沖擊或不允許的加速，可以預期滯后類型C。
圖2.29遲滯
電路中的溫度響應：
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（引入應力）下的溫度響應。電容二極管只有一個大的阻塞電壓，負載電容值抵消效應，隨著吸收電壓的降低，影響呈現(xiàn)更大的負值。應用的串聯(lián)線圈參與溫度響應，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，以便通過石英的剪切角修正來考慮電路影響。
深圳市金洛鑫電子自己開發(fā)設計的石英晶振，貼片晶振和插件晶振等產(chǎn)品，幾乎都是采用AT切割方式，多年來我司的石英水晶組件得到用戶的支持和信任，咨詢訂購熱線：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任意設定為實用值25℃。拐點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致每個溫度范圍的不同的最佳切割角度。如果石英在泛音中操作，則反轉點的頻率間隔大約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，交叉角移動大約7分鐘。對溫度分布和拐點溫度的另一個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定為物理極限，從而考慮制造相關的切割角度變化。
圖2.26頻率的溫度響應，AT切割-石英（D/d=60）
對于在恒溫晶振中操作的石英，選擇切割角度使得逆溫點的溫度與恒溫器溫度過度匹配。這導致恒溫器的殘余紋波不會引起頻率波動。圖2.27中的下部顯示了相應返回點的溫度系數(shù)f/f）距離h（）f/）h2）。通過使用實現(xiàn)了反轉點附近溫度系數(shù)的進一步最小化desSC切。然而，雙重轉動的SC切割生產(chǎn)起來非常昂貴，因此成本高昂。（附錄B）。
圖2.27在恒溫器中的應用，）f/f斜率//C2
負載共振頻率的溫度依賴性：在耐溫度溫度響應的情況下，必須考慮到動態(tài)電容也依賴于C1：
在具有負載電容CL的石英振蕩器工作期間，拉動量因此也變得與溫度有關：
拉伸量的這種溫度依賴性（僅與具有大C1的石英相關）將被加到串聯(lián)諧振頻率的溫度依賴性上（圖2.28）。這給出了負載共振頻率的溫度依賴性。
圖2.28頻率-溫度與負載容量的關系
溫度響應的滯后現(xiàn)象：如果溫度變化非?？?，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間后才會達到石英外殼的溫度。對于真空石英晶體尤其如此。溫度響應的滯后現(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間后才會達到石英外殼的溫度。對于真空石英晶體尤其如此。從溫度變化太快開始，取決于支架的熱傳導和石英諧振器的質量。較低的石英頻率=較厚的諧振器意味著加熱慣性。滯后的另一個原因是由于諧振器中的溫度梯度導致諧振器中的溫度應力。這是由諧振器的不均勻腐蝕引起的。恒溫器的結構必須確保振動石英的均勻，對稱的熱流。與石英連接的電連接必須導熱性差，因此通過連接和支架不會發(fā)生熱量流到石英諧振器。即使在低溫波動時，溫度梯度也會導致頻率過沖。過沖可能明顯大于靜態(tài)溫度依賴性。在一個方向上運行的滯后可能是由于安裝系統(tǒng)的殘余機械應力造成的。溫度循環(huán)使系統(tǒng)退火。經(jīng)過幾個循環(huán)后，這種滯后變小。在石英振蕩器上的機械負載之后，例如由于沖擊或不允許的加速，可以預期滯后類型C。
電路中的溫度響應：
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（引入應力）下的溫度響應。電容二極管只有一個大的阻塞電壓，負載電容值抵消效應，隨著吸收電壓的降低，影響呈現(xiàn)更大的負值。應用的串聯(lián)線圈參與溫度響應，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發(fā)設計的石英晶振，貼片晶振和插件晶振等產(chǎn)品，幾乎都是采用AT切割方式，多年來我司的石英水晶組件得到用戶的支持和信任，咨詢訂購熱線：0755-27837162。
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