Кварцевый осциллятор

Кварцевый осциллятор
Электронный символ
Миниатюрный кварцевый кристалл с частотой 16 МГц , заключенный в герметичный корпус HC-49/S, используемый в качестве резонатора в кварцевом генераторе.
Тип	Электромеханический
Принцип работы	Пьезоэлектричество , Резонанс
Изобретенный	Александр М. Николсон , Уолтер Гайтон Кэди
Первая постановка	1918 г.

Кварцевый генератор представляет собой электронную схему генератора, в которой в качестве частотно-селективного элемента используется пьезоэлектрический кристалл . ^[1]^[2]^[3] Частота генератора часто используется для отслеживания времени, как в кварцевых наручных часах , для обеспечения стабильного тактового сигнала для цифровых интегральных схем и для стабилизации частот для радиопередатчиков и приемников . Наиболее распространенным типом пьезоэлектрического резонатора является кварцевый . кристалл, поэтому схемы генератора, включающие их, стали известны как кварцевые генераторы. ^[1] Однако в аналогичных схемах используются и другие пьезоэлектрические материалы, включая поликристаллическую керамику.

Кристаллический осциллятор основан на небольшом изменении формы кристалла кварца под действием электрического поля , свойстве, известном как электрострикция или обратное пьезоэлектричество. Напряжение, прикладываемое к электродам на кристалле, заставляет его менять форму; когда напряжение снимается, кристалл генерирует небольшое напряжение, поскольку он упруго возвращается к своей первоначальной форме. Кварц колеблется на стабильной резонансной частоте, ведя себя как цепь RLC , но с гораздо более высокой добротностью .(меньше потери энергии на каждом цикле колебаний). Как только кварцевый кристалл настроен на определенную частоту (на которую влияет масса электродов, прикрепленных к кристаллу, ориентация кристалла, температура и другие факторы), он поддерживает эту частоту с высокой стабильностью. ^[4]

Кристаллы кварца изготавливаются для частот от нескольких десятков килогерц до сотен мегагерц. По состоянию на 2003 год ежегодно производится около двух миллиардов кристаллов. ^[5] Большинство из них используются для потребительских устройств, таких как наручные часы , часы , радиоприемники , компьютеры и мобильные телефоны . Однако в приложениях, где необходимы небольшой размер и вес, кристаллы можно заменить тонкопленочными объемными акустическими резонаторами , особенно если требуется высокочастотный (примерно более 1,5 ГГц) резонанс. Кристаллы кварца также встречаются внутри испытательного и измерительного оборудования, такого как счетчики, генераторы сигналов и т.осциллографы .

Терминология

Кварцевый резонатор (слева) и кварцевый генератор (справа)

Кварцевый генератор представляет собой схему типа электрического генератора , в которой в качестве элемента, определяющего частоту, используется пьезоэлектрический резонатор, кристалл. Кристалл - это общий термин, используемый в электронике для частотно-определяющего компонента, пластины из кристалла кварца или керамики с подключенными к ней электродами. Более точным термином для него является пьезоэлектрический резонатор . Кристаллы также используются в других типах электронных схем, таких как кварцевые фильтры .

Пьезоэлектрические резонаторы продаются как отдельные компоненты для использования в схемах кварцевых генераторов. Пример показан на картинке. Они также часто включаются в единый корпус со схемой кварцевого генератора, показанной справа.

История

Кварцевые генераторы на 100 кГц в Национальном бюро стандартов США, которые служили стандартом частоты для Соединенных Штатов в 1929 году.

Очень ранние кристаллы Bell Labs из международной коллекции Vectron

Пьезоэлектричество было открыто Жаком и Пьером Кюри в 1880 году . Поль Ланжевен впервые исследовал кварцевые резонаторы для использования в гидролокаторах во время Первой мировой войны. Первый кварцевый осциллятор , использующий кристалл сегнетовой соли , был построен в 1917 году и запатентован ^[6] в 1918 Александр М. Николсон из Bell Telephone Laboratories , хотя его приоритет оспаривался Уолтером Гайтоном Кэди . ^[7] Кэди построил первый кварцевый осциллятор в 1921 году. ^[8] Другие ранние новаторы кварцевых генераторов включаютГ. В. Пирс и Луи Эссен .

Кварцевые генераторы были разработаны для высокостабильных опорных частот в 1920-х и 1930-х годах. До кристаллов радиостанции контролировали свою частоту с помощью настроенных схем , которые могли легко отклоняться от частоты на 3–4 кГц. ^[9] Поскольку радиовещательным станциям были назначены частоты, расположенные на расстоянии всего 10 кГц (в Америке) или 9 кГц (в других странах), помехи между соседними станциями из-за частотного дрейфа были распространенной проблемой. ^[9] В 1925 году Westinghouse установила кварцевый генератор на своей флагманской станции KDKA, ^[9] а к 1926 году кристаллы кварца использовались для управления частотой многих радиовещательных станций и были популярны среди радиолюбителей. ^[10]В 1928 году Уоррен Маррисон из Bell Telephone Laboratories разработал первые кварцевые часы . С точностью до 1 секунды за 30 лет (30 мс/год, или 0,95 нс/с) ^[8] кварцевые часы заменили прецизионные маятниковые часы как самые точные хронометры в мире, пока в 1950-х годах не были разработаны атомные часы . Используя раннюю работу в Bell Labs, AT&T в конечном итоге создала свое подразделение продуктов для управления частотой, которое позже было выделено и известно сегодня как Vectron International. ^[11]

В это время ряд фирм начали производить кристаллы кварца для электронного использования. Используя то, что сейчас считается примитивным методом, в 1939 году в Соединенных Штатах было произведено около 100 000 единиц кристаллов. Во время Второй мировой войны кристаллы изготавливались из природного кристалла кварца, практически все из Бразилии . Нехватка кристаллов во время войны, вызванная потребностью в точном контроле частоты военных и военно-морских радиостанций и радаров , стимулировала послевоенные исследования по выращиванию синтетического кварца, и к 1950 году в Bell Laboratories был разработан гидротермальный процесс выращивания кристаллов кварца в промышленных масштабах.. К 1970-м годам практически все кристаллы, используемые в электронике, были синтетическими.

В 1968 году Юрген Штаудте изобрел фотолитографический процесс изготовления кварцевых генераторов, работая в компании North American Aviation (ныне Rockwell ), что позволило сделать их достаточно маленькими для портативных устройств, таких как часы. ^[12]

Хотя в кварцевых генераторах по-прежнему чаще всего используются кристаллы кварца, все более распространенными становятся устройства, использующие другие материалы, такие как керамические резонаторы .

Моды колебаний кристалла

Операция

Кристалл — это твердое тело , в котором составляющие его атомы , молекулы или ионы упакованы в регулярно упорядоченном повторяющемся образце, простирающемся во всех трех пространственных измерениях.

Почти любой объект из эластичного материала можно использовать как кристалл с соответствующими преобразователями , поскольку все объекты имеют естественные резонансные частоты вибрации . Например, сталь очень эластична и имеет высокую скорость звука. Его часто использовали в механических фильтрах до кварца. Резонансная частота зависит от размера, формы, эластичности и скорости звука в материале. Высокочастотные кристаллы обычно имеют форму простого прямоугольника или круглого диска. Низкочастотные кристаллы, например, используемые в цифровых часах, обычно имеют форму камертона .. Для приложений, не требующих очень точной синхронизации, вместо кварцевого кристалла часто используется недорогой керамический резонатор .

Когда кристалл кварца правильно вырезан и установлен, его можно заставить искажаться в электрическом поле , прикладывая напряжение к электроду рядом с кристаллом или на нем. Это свойство известно как электрострикция или обратное пьезоэлектричество. Когда поле снимается, кварц генерирует электрическое поле, возвращаясь к своей прежней форме, и это может генерировать напряжение. В результате кварцевый кристалл ведет себя как цепь RLC , состоящая из катушки индуктивности , конденсатора и резистора , с точной резонансной частотой.

Кварц имеет еще одно преимущество, заключающееся в том, что его упругие константы и размер изменяются таким образом, что зависимость частоты от температуры может быть очень низкой. Конкретные характеристики зависят от формы колебаний и угла среза кварца (относительно его кристаллографических осей). ^[13] Таким образом, резонансная частота пластины, зависящая от ее размера, меняется незначительно. Это означает, что кварцевые часы, фильтр или осциллятор остаются точными. Для критически важных приложений кварцевый генератор монтируется в контейнере с регулируемой температурой, называемом кварцевой печью , а также может быть установлен на амортизаторах, чтобы предотвратить возмущение от внешних механических вибраций.

Моделирование

Электрическая модель

Кристалл кварца можно смоделировать как электрическую сеть с низкоимпедансными (последовательными) и высокоимпедансными (параллельными) резонансными точками, расположенными близко друг к другу. Математически (используя преобразование Лапласа ) импеданс этой сети можно записать как:

Схематическое обозначение и эквивалентная схема кварцевого резонатора в генераторе

{\ Displaystyle Z (s) = \ влево ({{\ гидроразрыва {1} {s \ cdot C_ {1}}} + s \ cdot L_ {1} + R_ {1}} \ вправо) \ влево \ | \ влево ({\ гидроразрыва {1} {s \ cdot C_ {0}}} \ вправо) \ вправо.,}

или же

{\begin{aligned}Z(s)&={\frac {s^{2}+s{\frac {R_{1}}{L_{1}}}+{\omega _{\mathrm {s} }}^{2}}{\left(s\cdot C_{0}\right)\left[s^{2}+s{\frac {R_{1}}{L_{1}}}+{\omega _{\mathrm {p} }}^{2}\right]}}\\[2pt]\Rightarrow \omega _{\mathrm {s} }&={\frac {1}{\sqrt {L_{1}\cdot C_{1}}}},\quad \omega _{\mathrm {p} }={\sqrt {\frac {C_{1}+C_{0}}{L_{1}\cdot C_{1}\cdot C_{0}}}}=\omega _{\mathrm {s} }{\sqrt {1+{\frac {C_{1}}{C_{0}}}}}\approx \omega _{\mathrm {s} }\left(1+{\frac {C_{1}}{2C_{0}}}\right)\quad \left(C_{0}\gg C_{1}\right)\end{aligned}}

где – комплексная частота ( ), – последовательная резонансная угловая частота , – параллельная резонансная угловая частота. $s$ $s=j\omega$ $\omega _{\mathrm {s} }$ $\omega _{\mathrm {p} }$

Добавление емкости к кристаллу приводит к уменьшению (параллельной) резонансной частоты. Добавление индуктивности к кристаллу приводит к увеличению (параллельной) резонансной частоты. Эти эффекты можно использовать для регулировки частоты колебаний кристалла. Производители кристаллов обычно вырезают и обрезают свои кристаллы, чтобы они имели заданную резонансную частоту с известной емкостью «нагрузки», добавленной к кристаллу. Например, кварц, предназначенный для нагрузки 6 пФ, имеет заданную параллельную резонансную частоту, когда к нему подключен конденсатор емкостью 6,0 пФ. Без нагрузочной емкости резонансная частота выше.

Резонансные моды

Кристалл кварца обеспечивает как последовательный, так и параллельный резонанс. Последовательный резонанс на несколько килогерц ниже параллельного. Кристаллы ниже 30 МГц обычно работают между последовательным и параллельным резонансом, что означает, что кристалл проявляется как индуктивное реактивное сопротивление .при работе эта индуктивность образует параллельный резонансный контур с внешней параллельной емкостью. Любая небольшая дополнительная емкость параллельно кварцу снижает частоту. Кроме того, эффективное индуктивное сопротивление кристалла можно уменьшить, добавив конденсатор последовательно с кристаллом. Этот последний метод может обеспечить полезный метод подстройки частоты колебаний в узком диапазоне; в этом случае включение конденсатора последовательно с кристаллом увеличивает частоту колебаний. Чтобы кристалл работал на заданной частоте, электронная схема должна быть точно такой же, как указано производителем кристалла. Обратите внимание, что эти пункты подразумевают тонкость, касающуюся кварцевых генераторов в этом диапазоне частот:

Кристаллы выше 30 МГц (до >200 МГц) обычно работают в режиме последовательного резонанса, когда импеданс оказывается минимальным и равен последовательному сопротивлению. Для этих кристаллов указывается последовательное сопротивление (<100 Ом) вместо параллельной емкости. Чтобы достичь более высоких частот, кристалл можно заставить вибрировать на одной из его обертоновых мод, которые возникают вблизи кратных основной резонансной частоты. Используются только нечетные обертоны. Такой кристалл называют кристаллом 3-го, 5-го или даже 7-го обертона. Для этого схема генератора обычно включает дополнительные LC-цепи для выбора желаемого обертона.

Температурные эффекты

Частотная характеристика кристалла зависит от формы или «огранки» кристалла. Кристалл камертона обычно вырезают так, чтобы его частотная зависимость от температуры была квадратичной с максимумом около 25 °C. ^{[ править ]} Это означает, что камертонный кварцевый генератор резонирует близко к своей целевой частоте при комнатной температуре, но замедляется, когда температура повышается или понижается по сравнению с комнатной. Обычный параболический коэффициент для камертонного кристалла на 32 кГц составляет -0,04 ppm/°C ² : ^{[ нужна ссылка ]}

f=f_{0}\left[1-0.04~{\text{ppm}}/^{\circ }{\text{C}}^{2}\cdot (T-T_{0})^{2}\right].

В реальном приложении это означает, что часы, построенные с использованием обычного камертонного кристалла с частотой 32 кГц, хорошо показывают время при комнатной температуре, но теряют 2 минуты в год при температуре на 10 °C выше или ниже комнатной и теряют 8 минут в год при 20 °C. °C выше или ниже комнатной температуры благодаря кристаллу кварца.

Схемы кварцевого генератора

Кристалл, используемый в любительском радиоуправлении для выбора частоты.

Внутри современного модуля кварцевого генератора в корпусе DIP. Он включает в себя керамическое основание печатной платы, осциллятор, микросхему делителя (/8), блокирующий конденсатор и кварцевый кристалл. ^[14]

Схема кварцевого генератора поддерживает колебания, принимая сигнал напряжения от кварцевого резонатора , усиливая его и возвращая обратно в резонатор. Скорость расширения и сжатия кварца является резонансной частотой и определяется огранкой и размером кристалла. Когда энергия генерируемых выходных частот соответствует потерям в цепи, могут поддерживаться колебания.

Кристалл генератора состоит из двух электропроводящих пластин, между которыми зажат срез или камертон из кристалла кварца. Во время запуска схема управления помещает кристалл в неустойчивое равновесие , и благодаря положительной обратной связи в системе любая малейшая доля шумаусиливается, увеличивая колебание. Кристаллический резонатор также можно рассматривать как высокочастотно-избирательный фильтр в этой системе: он пропускает только очень узкую подполосу частот вокруг резонансной, ослабляя все остальное. В конце концов, активна только резонансная частота. По мере того, как генератор усиливает сигналы, выходящие из кристалла, сигналы в полосе частот кристалла становятся сильнее, в конечном итоге преобладая на выходе генератора. Узкая резонансная полоса кристалла кварца отфильтровывает все нежелательные частоты.

Выходная частота кварцевого генератора может быть либо частотой основного резонанса, либо кратной этому резонансу, называемой частотой гармоники . Гармоники - это точное целое число, кратное основной частоте. Но, как и многие другие механические резонаторы, кристаллы демонстрируют несколько режимов колебаний, обычно с примерно нечетными целыми кратными основной частоты. Они называются «обертоновыми модами», и схемы генератора могут быть разработаны для их возбуждения. Обертоновые моды находятся на частотах, которые являются приблизительными, но не точными целыми нечетными кратными частотам основной моды, и поэтому частоты обертонов не являются точными гармониками основной моды.

Высокочастотные кристаллы часто предназначены для работы на третьем, пятом или седьмом обертонах. Производители испытывают трудности с производством кристаллов, достаточно тонких для воспроизведения основных частот более 30 МГц. Для получения более высоких частот производители изготавливают кристаллы обертона, настроенные на передачу 3-го, 5-го или 7-го обертона на желаемую частоту, потому что они толще и, следовательно, их легче изготовить, чем основной кристалл, который будет воспроизводить ту же частоту, хотя и возбуждает желаемый обертон. частота требует немного более сложной схемы генератора. ^[15]^[16]^[17]^[18]^[19]Схема основного кварцевого генератора проще и эффективнее и имеет большую гибкость, чем схема третьего обертона. В зависимости от производителя самая высокая доступная основная частота может составлять от 25 МГц до 66 МГц. ^[20]^[21]

Внутренности кристалла кварца.

Основной причиной широкого использования кварцевых генераторов является их высокая добротность . Типичное значение добротности кварцевого генератора колеблется от 10 ⁴ до 10 ⁶ , по сравнению, возможно, с 10 ² для LC-генератора . Максимальную добротность кварцевого генератора с высокой стабильностью можно оценить как Q = 1,6 × 10 ⁷ / f , где f — резонансная частота в мегагерцах. ^[22]^[23]

Одной из наиболее важных особенностей кварцевых генераторов является то, что они могут демонстрировать очень низкий фазовый шум . Во многих генераторах любая спектральная энергия на резонансной частоте усиливается генератором, что приводит к набору тонов с разными фазами. В кварцевом генераторе кристалл в основном колеблется по одной оси, поэтому преобладает только одна фаза. Это свойство низкого фазового шума делает их особенно полезными в телекоммуникациях, где необходимы стабильные сигналы, и в научном оборудовании, где необходимы очень точные временные привязки.

Изменения окружающей среды температуры, влажности, давления и вибрации могут изменить резонансную частоту кварцевого кристалла, но есть несколько конструкций, которые уменьшают эти воздействия окружающей среды. К ним относятся TCXO, MCXO и OCXO, которые определены ниже . Эти конструкции, особенно OCXO, часто создают устройства с превосходной кратковременной стабильностью. Ограничения кратковременной стабильности в основном связаны с шумом от электронных компонентов в цепях генератора. Долговременная стабильность ограничена старением кристалла.

Из-за старения и факторов окружающей среды (таких как температура и вибрация) трудно поддерживать даже самые лучшие кварцевые генераторы в пределах одной 10 ¹⁰ от их номинальной частоты без постоянной регулировки. По этой причине атомные генераторы используются в приложениях, требующих большей долговременной стабильности и точности.

Паразитные частоты

Кристалл 25 МГц с ложным откликом

Для кристаллов, работающих в последовательном резонансе или отведенных от основной моды включением последовательной катушки индуктивности или конденсатора, могут возникать значительные (и зависящие от температуры) паразитные отклики. Хотя большинство побочных мод, как правило, на несколько десятков килогерц выше желаемого последовательного резонанса, их температурный коэффициент отличается от основного мода, и паразитный отклик может проходить через основную моду при определенных температурах. Даже если последовательное сопротивление на паразитных резонансах оказывается выше, чем на полезной частоте, быстрое изменение последовательного сопротивления основной моды может произойти при определенных температурах, когда две частоты совпадают. Следствием этих провалов активности является то, что генератор может фиксироваться на паразитной частоте при определенных температурах.

Паразитные частоты также генерируются вибрацией кристалла. Это модулирует резонансную частоту в небольшой степени частотой колебаний. Кристаллы SC-cut предназначены для минимизации частотного эффекта монтажных напряжений и, следовательно, менее чувствительны к вибрации. Эффекты ускорения, включая гравитацию, также уменьшаются с помощью кристаллов SC-огранки, как и изменение частоты со временем из-за долговременного изменения напряжения при монтаже. У кристаллов сдвиговой моды с SC-срезом есть недостатки, такие как необходимость в поддерживающем генераторе для дискриминации других тесно связанных нежелательных мод и повышенное изменение частоты из-за температуры при воздействии полного диапазона окружающей среды. Кристаллы СК огранки наиболее выгодны там, где возможно регулирование температуры при их температуре нулевого температурного коэффициента (оборачиваемости),

Часто используемые кварцевые частоты

Кристаллы могут быть изготовлены для колебаний в широком диапазоне частот от нескольких килогерц до нескольких сотен мегагерц. Многие приложения требуют, чтобы частота кварцевого генератора была удобно связана с какой-либо другой желаемой частотой, поэтому сотни стандартных кварцевых частот производятся в больших количествах и хранятся у дистрибьюторов электроники. Например, кристаллы 3,579545 МГц, которые производятся в больших количествах для цветных телевизионных приемников NTSC , также популярны для многих применений, не связанных с телевидением. Используя делители частоты , умножители частоты и схемы фазовой автоподстройки частоты , можно получить широкий диапазон частот из одной опорной частоты.

Кристаллические структуры и материалы

Кварц

Общие типы упаковки для продуктов из кристаллов кварца

Скопление кристаллов природного кварца

Синтетический кристалл кварца, выращенный методом гидротермального синтеза , длиной около 19 см и массой около 127 г.

Кристалл камертона, используемый в современных кварцевых часах.

Простой кристалл кварца

Внутренняя конструкция кварцевого кристалла в корпусе HC-49

Изгибные и сдвиговые по толщине кристаллы

Наиболее распространенным материалом для кристаллов генератора является кварц . В начале технологии использовались кристаллы природного кварца, но в настоящее время преобладает синтетический кристаллический кварц, выращенный методом гидротермального синтеза , благодаря более высокой чистоте, меньшей стоимости и более удобному обращению. Одним из немногих оставшихся применений природных кристаллов являются датчики давления в глубоких скважинах. Во время Второй мировой войны и некоторое время после нее природный кварц считался в США стратегическим материалом . Крупные кристаллы были привезены из Бразилии. Сырой «ласкас», исходный кварц для гидротермального синтеза, импортируется в США или добывается на месте компанией Coleman Quartz. Средняя стоимость выращенного синтетического кварца в 1994 году составляла 60 долларов США ./кг. ^[24]

Типы

Существуют два типа кристаллов кварца: левосторонний и правосторонний. Они различаются по своему оптическому вращению , но идентичны по другим физическим свойствам. Для генераторов можно использовать как левые, так и правые кристаллы, если угол среза правильный. В производстве обычно используется правосторонний кварц. ^[25] Тетраэдры SiO ₄ образуют параллельные спирали; направление закручивания спирали определяет левостороннюю или правостороннюю ориентацию. Спирали выровнены вдоль оси z и сливаются, разделяя атомы. Масса спиралей образует сетку малых и больших каналов, параллельных оси z. Большие достаточно велики, чтобы обеспечить некоторую подвижность меньших ионов и молекул через кристалл. ^[26]

Кварц существует в нескольких фазах. При 573 °С и 1 атмосфере (и при более высоких температурах и более высоких давлениях) α-кварц претерпевает инверсию кварца , обратимо превращается в β-кварц. Однако обратный процесс не является полностью гомогенным, и происходит двойникование кристаллов . Необходимо соблюдать осторожность во время производства и обработки, чтобы избежать фазового превращения. Другие фазы, например высокотемпературные фазы тридимит и кристобалит , не имеют значения для осцилляторов. Все кристаллы кварцевого генератора относятся к типу α-кварца.

Качественный

Инфракрасная спектрофотометрия используется как один из методов измерения качества выращенных кристаллов. Обычно используются волновые числа 3585, 3500 и 3410 см- ¹ . Измеренное значение основано на полосах поглощения радикала ОН и рассчитано значение добротности инфракрасного излучения. Кристаллы электронной чистоты марки С имеют добротность 1,8 млн или выше; кристаллы премиум-класса B имеют Q 2,2 миллиона, а специальные кристаллы премиум-класса A имеют Q 3,0 миллиона. Значение Q вычисляется только для области z; кристаллы, содержащие другие области, могут быть неблагоприятно затронуты. Еще одним показателем качества является плотность каналов травления; когда кристалл травится, вдоль линейных дефектов создаются трубчатые каналы. Для обработки, включающей травление, например кристаллы камертона наручных часов, желательна низкая плотность каналов травления. Плотность каналов травления для скользящего кварца составляет около 10–100 и значительно больше для неструганого кварца. Наличие каналов травления и ямок травления ухудшает добротность резонатора и вносит нелинейность. ^[27]

Производство

Кристаллы кварца можно выращивать для определенных целей.

Кристаллы для АТ-среза наиболее распространены в массовом производстве материалов для генераторов; форма и размеры оптимизированы для обеспечения высокого выхода требуемых пластин . Кристаллы кварца высокой чистоты выращены с особо низким содержанием алюминия, щелочных металлов и других примесей и минимальной дефектностью; низкое содержание щелочных металлов обеспечивает повышенную стойкость к ионизирующему излучению. Кристаллы для наручных часов, для резки кристаллов камертона 32768 Гц, выращены с очень низкой плотностью каналов травления.

Кристаллы для устройств на ПАВ выращиваются как плоские, с большими затравками X-размера и низкой плотностью каналов травления.

Специальные кристаллы с высокой добротностью для использования в высокостабильных генераторах выращиваются с постоянной низкой скоростью и имеют постоянное низкое поглощение инфракрасного излучения по всей оси Z. Кристаллы могут быть выращены в виде Y-образного стержня, с затравочным кристаллом в форме стержня и вытянутым вдоль оси Y, или в виде Z-пластины, выращенной из затравки пластины с длиной по оси Y и шириной по оси X. ^[25] Область вокруг затравочного кристалла содержит большое количество кристаллических дефектов и не должна использоваться для пластин.

Кристаллы растут анизотропно ; рост по оси Z до 3 раз быстрее, чем по оси X. Направление и скорость роста также влияют на скорость поглощения примесей. ^[28] Кристаллы Y-образной формы или кристаллы Z-пластины с длинной осью Y имеют четыре области роста, обычно называемые +X, −X, Z и S. ^[29] Распределение примесей во время роста неравномерно; различные области роста содержат различные уровни загрязняющих веществ. Области Z являются самыми чистыми, небольшие изредка присутствующие области S менее чистые, область +X еще менее чистая, а область -X имеет самый высокий уровень примесей. Примеси отрицательно влияют на радиационную стойкость , склонность к двойникованию, потери на фильтре, а также долгосрочная и краткосрочная стабильность кристаллов. ^[30] Семена разной огранки в разной ориентации могут обеспечивать другие виды областей роста. ^[31] Скорость роста в направлении -X самая низкая из-за эффекта адсорбции молекул воды на поверхности кристалла; примеси алюминия подавляют рост в двух других направлениях. Содержание алюминия самое низкое в области Z, выше в +X, еще выше в −X и максимально в S; размер областей S также увеличивается с увеличением количества присутствующего алюминия. Содержание водорода самое низкое в области Z, выше в области +X, еще выше в области S и максимально в области -X. ^[32]Включения алюминия при гамма-облучении превращаются в центры окраски, вызывая потемнение кристалла, пропорциональное дозе и уровню примеси; наличие областей с разной темнотой выявляет разные области роста.

Преобладающим типом дефекта в кристаллах кварца является замещение атома Si(IV) атомом Al(III) в кристаллической решетке на атом Al(III) . Рядом с ионом алюминия находится связанный промежуточный компенсатор заряда, которым может быть ион H + (присоединенный к соседнему кислороду и образующий гидроксильную группу , называемую дефектом Al-OH), ион Li + , ион Na + , ион K + ( реже) или электронная дырканаходится в ловушке на ближайшей орбитали атома кислорода. Состав ростового раствора, будь то щелочные соединения лития или натрия, определяет заряд ионов, компенсирующих дефекты алюминия. Ионные примеси вызывают беспокойство, поскольку они не прочно связаны и могут мигрировать через кристалл, изменяя локальную эластичность решетки и резонансную частоту кристалла. Другими распространенными примесями, вызывающими озабоченность, являются, например, железо (III) (внедрение), фтор, бор (III), фосфор (V) (замещение), титан (IV) (замещение, повсеместно присутствующее в магматическом кварце, реже в гидротермальном кварце), и германий(IV) (замещение). Ионы натрия и железа могут вызывать включения акнита и элемеузита .кристаллы. В быстрорастущих кристаллах могут присутствовать включения воды; внутриклеточные молекулы воды в изобилии находятся вблизи затравки кристалла. Другим важным дефектом является водородсодержащий дефект роста, когда вместо структуры Si-O-Si образуется пара групп Si-OH HO-Si; по существу гидролизованная связь. Быстро растущие кристаллы содержат больше водородных дефектов, чем медленно растущие. Источником этих дефектов роста является поставка ионов водорода для радиационно-стимулированных процессов и формирование дефектов Al-OH. Примеси германия имеют тенденцию улавливать электроны, образующиеся во время облучения; катионы щелочных металлов затем мигрируют к отрицательно заряженному центру и образуют стабилизирующий комплекс. Также могут присутствовать дефекты матрицы; вакансии кислорода, вакансии кремния (обычно компенсированные 4 атомами водорода или 3 атомами водорода и дыркой), пероксигруппы и т. д. Некоторые из дефектов создают локализованные уровни в запрещенной зоне, служащие ловушками заряда; Al(III) и B(III) обычно служат ловушками для дырок, а электронные вакансии, атомы титана, германия и фосфора служат ловушками для электронов. Захваченные носители заряда могут быть высвобождены при нагревании; их рекомбинация является причинойтермолюминесценция .

Подвижность межузельных ионов сильно зависит от температуры. Ионы водорода подвижны до 10 К, но ионы щелочных металлов становятся подвижными только при температурах около 200 К и выше. Гидроксильные дефекты можно измерить с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области. Захваченные дырки можно измерить с помощью электронного спинового резонанса . Дефекты Al-Na ⁺ проявляются в виде пика акустических потерь из-за их движения, вызванного напряжением; дефекты Al-Li ⁺ не образуют потенциальной ямы, поэтому их нельзя обнаружить таким образом. ^[33] Некоторые радиационные дефекты при их термическом отжиге вызывают термолюминесценцию ; можно выделить дефекты, относящиеся к алюминию, титану и германию. ^[34]

Свптированные кристаллы представляют собой кристаллы, прошедшие процесс электродиффузионной очистки в твердом состоянии. Развертка включает нагрев кристалла выше 500 ° C в безводородной атмосфере с градиентом напряжения не менее 1 кВ / см в течение нескольких часов (обычно более 12). Миграция примесей и постепенное замещение ионов щелочных металлов водородом (при переносе в воздухе) или электронными дырками (при переносе в вакууме) вызывают слабый электрический ток через кристалл; спад этого тока до постоянного значения сигнализирует об окончании процесса. Затем кристалл оставляют охлаждаться, пока поддерживается электрическое поле. Примеси концентрируются в катодной области кристалла, которую затем отсекают и выбрасывают. ^[35]Кристаллы со стреловидностью обладают повышенной устойчивостью к радиации, так как эффекты дозы зависят от уровня примесей щелочных металлов; они подходят для использования в устройствах, подвергающихся воздействию ионизирующего излучения, например, для ядерной и космической техники. ^[36] Прогонка в вакууме при более высоких температурах и более высоких напряженностях поля дает еще более радиационно-стойкие кристаллы. ^[37] Уровень и характер примесей можно измерить с помощью инфракрасной спектроскопии. ^[38]Кварц можно прокачивать как в α-, так и в β-фазе; развертка в β-фазе происходит быстрее, но фазовый переход может вызвать двойникование. Двойникование можно уменьшить, подвергая кристалл сжимающему напряжению в направлении X или электрическому полю переменного или постоянного тока вдоль оси X, в то время как кристалл охлаждается в температурной области фазового превращения. ^[37]

Подметание также может быть использовано для введения в кристалл одного вида примеси. Кристаллы лития, натрия и водорода используются, например, для изучения поведения кварца.

Очень маленькие кристаллы для высоких частот основной моды могут быть изготовлены с помощью фотолитографии. ^[27]

Кристаллы можно настроить на точную частоту с помощью лазерной обрезки . Техника, используемая в мире радиолюбителей для небольшого снижения частоты кристалла, может быть достигнута путем воздействия паров йода на кристаллы с серебряными электродами , что вызывает небольшое увеличение массы на поверхности за счет образования тонкого слоя йодида серебра ; однако такие кристаллы имели проблематичную долговременную стабильность. Другим обычно используемым методом является электрохимическое увеличение или уменьшение толщины серебряного электрода путем погружения резонатора в лазурит , растворенный в воде, лимонной кислоте в воде или воде с солью, и использование резонатора в качестве одного электрода и небольшого серебряного электрода в качестве другого. .

Выбирая направление тока, можно как увеличить, так и уменьшить массу электродов. Подробности были опубликованы в журнале "Радио" (3/1978) издательством UB5LEV.

Не рекомендуется повышать частоту, соскабливая части электродов, так как это может привести к повреждению кристалла и снижению его добротности . Конденсаторные подстроечные резисторы также можно использовать для подстройки частоты схемы генератора.

Другие материалы

Могут использоваться некоторые другие пьезоэлектрические материалы, кроме кварца. К ним относятся монокристаллы танталата лития , ниобата лития , бората лития , берлинита , арсенида галлия , тетрабората лития , фосфата алюминия , оксида висмута-германия , поликристаллической керамики из титаната циркония , высокоглиноземистой керамики, композита оксида кремния и цинка или тартрата дикалия . ^[39]^[40]Некоторые материалы могут быть более подходящими для конкретных применений. Кристалл генератора также может быть изготовлен путем нанесения материала резонатора на поверхность кремниевой микросхемы. ^[41] Кристаллы фосфата галлия , лангасита , ланганита и лангатата вытягиваются примерно в 10 раз лучше, чем соответствующие кристаллы кварца, и используются в некоторых генераторах VCXO. ^[42]

Стабильность

Стабильность частоты определяется добротностью кристалла . Она обратно пропорциональна частоте и константе, зависящей от конкретного разреза. Другими факторами, влияющими на Q, являются используемый обертон, температура, уровень возбуждения кристалла, качество обработки поверхности, механические напряжения, воздействующие на кристалл при склеивании и монтаже, геометрия кристалла и прикрепленных электродов, чистота материала и дефекты кристалла, тип и давление газа в корпусе, мешающие моды, наличие и поглощенная доза ионизирующего и нейтронного излучений.

Температура

Температура влияет на рабочую частоту; используются различные формы компенсации, от аналоговой компенсации (TCXO) и компенсации микроконтроллера (MCXO) до стабилизации температуры с помощью кристаллической печи (OCXO). Кристаллы обладают температурным гистерезисом; частота при данной температуре, достигаемая за счет повышения температуры, не равна частоте при той же температуре, достигаемой за счет понижения температуры. Температурная чувствительность зависит прежде всего от разреза; срезы с температурной компенсацией выбираются таким образом, чтобы минимизировать зависимость частоты/температуры. Специальные разрезы могут быть выполнены с линейными температурными характеристиками; разрез LC используется в кварцевых термометрах. Другими влияющими факторами являются используемый обертон, монтаж и электроды, примеси в кристалле, механическая деформация, геометрия кристалла, скорость изменения температуры, термическая предыстория (из-за гистерезиса), ионизирующее излучение и уровень возбуждения.

Кристаллы склонны страдать от аномалий в своих характеристиках частоты/температуры и сопротивления/температуры, известных как провалы активности. Это небольшие скачки сопротивления вниз по частоте или вверх, локализованные при определенных температурах, причем их температурное положение зависит от емкости нагрузочных конденсаторов.

Механическое напряжение

Механические напряжения также влияют на частоту. Напряжения могут быть вызваны монтажом, приклеиванием и наложением электродов, дифференциальным тепловым расширением крепления, электродов и самого кристалла, дифференциальными термическими напряжениями при наличии температурного градиента, расширением или усадкой соединения. материалов при отверждении, давлением воздуха, которое передается давлению окружающей среды внутри кристаллической оболочки, напряжениями самой кристаллической решетки (неравномерный рост, примеси, дислокации), поверхностными дефектами и повреждениями, возникающими при изготовлении, а также действие силы тяжести на массу кристалла; поэтому на частоту может влиять положение кристалла. Другими факторами, вызывающими динамическое напряжение, являются удары, вибрации и акустический шум. Некоторые срезы менее чувствительны к нагрузкам; Примером может служить разрез SC (с компенсацией напряжения). Изменения атмосферного давления также могут вызвать деформацию корпуса, влияя на частоту за счет изменения паразитных емкостей.

Атмосферная влажность влияет на теплопередающие свойства воздуха и может изменять электрические свойства пластмасс за счет диффузии молекул воды в их структуру, изменяя диэлектрическую проницаемость и электрическую проводимость . ^[43]

Другими факторами, влияющими на частоту, являются напряжение питания, импеданс нагрузки, магнитные поля, электрические поля (в случае чувствительных к ним срезов, например, срезов КЗ), наличие и поглощенная доза γ-частиц и ионизирующего излучения, а также возраст кристалла.

Старение

Кристаллы претерпевают медленное постепенное изменение частоты со временем, известное как старение. Здесь задействовано множество механизмов. Монтаж и контакты могут подвергаться снятию встроенных напряжений. Молекулы загрязнения либо из остаточной атмосферы, выделившиеся из кристалла, электродов или упаковочных материалов, либо внесенные при герметизации корпуса могут адсорбироваться на поверхности кристалла, изменяя его массу; этот эффект используется в микровесах из кварцевого кристалла.. Состав кристалла может постепенно изменяться за счет газовыделения, диффузии атомов примесей или миграции с электродов, либо решетка может повреждаться излучением. Медленные химические реакции могут происходить на кристалле или в нем, или на внутренних поверхностях корпуса. Материал электрода, например хром или алюминий, может реагировать с кристаллом, создавая слои оксида металла и кремния; эти интерфейсные слои могут претерпевать изменения во времени. Давление в корпусе может изменяться из-за изменения атмосферного давления, температуры, утечек или выделения газов из материалов внутри. К факторам, не связанным с самим кристаллом, относятся, например, старение схемы генератора (и, например, изменение емкостей) и дрейф параметров кварцевой печи. Состав внешней атмосферы также может влиять на старение; водородможет диффундировать через никелевый корпус. Гелий может вызвать аналогичные проблемы, когда он диффундирует через стеклянные корпуса рубидиевых стандартов . ^[44]

Золото является излюбленным материалом электродов для резонаторов с низким уровнем старения; его адгезия к кварцу достаточно сильна, чтобы поддерживать контакт даже при сильных механических ударах, но достаточно слаба, чтобы не выдерживать значительных градиентов деформации (в отличие от хрома, алюминия и никеля). Золото также не образует оксидов; он поглощает органические загрязнители из воздуха, но их легко удалить. Однако само по себе золото может подвергаться расслаиванию; поэтому иногда используется слой хрома для повышения прочности соединения. Серебро и алюминий часто используются в качестве электродов; однако оба со временем образуют оксидные слои, что увеличивает массу кристалла и снижает частоту. Серебро может быть пассивировано воздействием паров йода с образованием слоя йодида серебра .. Алюминий окисляется легко, но медленно, пока не будет достигнута толщина около 5 нм; повышенная температура при искусственном старении существенно не увеличивает скорость образования оксида; толстый оксидный слой может быть сформирован во время производства путем анодирования . ^[45] Воздействие паров йода на посеребренный кристалл также можно использовать в любительских условиях для небольшого снижения частоты кристалла; частоту также можно увеличить, соскоблив части электродов, но это чревато повреждением кристалла и потерей добротности.

Смещение постоянного напряжения между электродами может ускорить начальное старение, вероятно, за счет индуцированной диффузии примесей через кристалл. Размещение конденсатора последовательно с кристаллом и резистора в несколько мегаом параллельно может минимизировать такие напряжения.

Механическое повреждение

Кристаллы чувствительны к ударам . Механическое напряжение вызывает кратковременное изменение частоты генератора из-за чувствительности кристалла к напряжению и может привести к постоянному изменению частоты из-за вызванных ударом изменений крепления и внутренних напряжений (если пределы упругости механического частей), десорбция загрязнений с поверхностей кристалла или изменение параметров колебательного контура. Удары большой силы могут оторвать кристаллы от их крепления (особенно в случае больших низкочастотных кристаллов, подвешенных на тонких проволоках) или вызвать растрескивание кристалла. Кристаллы без поверхностных дефектов обладают высокой ударопрочностью; химическая полировка может производить кристаллы, способные выдержать десятки тысяч g .^[46]

Колебания частоты

Кристаллы также страдают от незначительных кратковременных колебаний частоты. Основными причинами таких шумов являются, например, тепловой шум (который ограничивает минимальный уровень шума), рассеяние фононов (под влиянием дефектов решетки), адсорбция/десорбция молекул на поверхности кристалла, шум цепей генератора, механические удары и вибрации, изменение ускорения и ориентации, колебания температуры и снятие механических напряжений. Краткосрочная стабильность измеряется четырьмя основными параметрами: Дисперсия Аллана .(наиболее распространенный, указанный в спецификациях генераторов), фазовый шум, спектральная плотность фазовых девиаций и спектральная плотность дробных частотных девиаций. Эффекты ускорения и вибрации, как правило, преобладают над другими источниками шума; Устройства с поверхностными акустическими волнами, как правило, более чувствительны, чем устройства с объемными акустическими волнами (ОАВ), а разрезы с компенсацией напряжений еще менее чувствительны. Относительная ориентация вектора ускорения относительно кристалла существенно влияет на виброчувствительность кристалла. Крепления с механической виброизоляцией можно использовать для высокостабильных кристаллов.

Фазовый шум играет значительную роль в системах синтеза частоты , использующих умножение частоты; умножение частоты на N увеличивает мощность фазового шума на N ² . Умножение частоты в 10 раз увеличивает величину фазовой ошибки в 10 раз. Это может иметь катастрофические последствия для систем, использующих технологии PLL или FSK .

Радиационное повреждение

Кристаллы несколько чувствительны к радиационному повреждению . Природный кварц гораздо более чувствителен, чем искусственно выращенные кристаллы, и чувствительность может быть дополнительно снижена зачисткой кристалла – нагревом кристалла не менее чем до 400 °С в безводородной атмосфере в электрическом поле не менее 500 В/см в течение не менее не менее 12 часов. Такие кристаллы со свипированием имеют очень слабую реакцию на стационарное ионизирующее излучение. Некоторые атомы Si(IV) замещены примесями Al(III) , каждая из которых имеет компенсирующий Li + или Na +катион рядом. Ионизация производит электронно-дырочные пары; дырки захватываются в решетке вблизи атома Al, образовавшиеся атомы Li и Na свободно захватываются вдоль оси Z; тогда изменение решетки вблизи атома Al и соответствующей упругой константы вызывает соответствующее изменение частоты. Подметание удаляет ионы Li ⁺ и Na ⁺ из решетки, уменьшая этот эффект. Сайт Al ³⁺ также может захватывать атомы водорода. Все кристаллы имеют временный отрицательный сдвиг частоты после воздействия рентгеновского излучения .пульс; затем частота постепенно смещается назад; природный кварц достигает стабильной частоты через 10–1000 секунд с отрицательным смещением к частоте до облучения, искусственные кристаллы возвращаются к частоте, немного более низкой или более высокой, чем до облучения, отожженные кристаллы практически возвращаются к исходной частоте. Отжиг происходит быстрее при более высоких температурах. Прогонка в вакууме при более высоких температурах и напряженности поля может еще больше уменьшить реакцию кристалла на импульсы рентгеновского излучения. ^[37]Последовательное сопротивление неразвернутых кристаллов увеличивается после дозы рентгеновского излучения и отжигается обратно до несколько более высокого значения для природного кварца (требующего соответствующего запаса усиления в цепи) и обратно до значения до облучения для синтетических кристаллов. Последовательное сопротивление стреловидных кристаллов не изменяется. Увеличение последовательного сопротивления ухудшает Q; слишком большое увеличение может остановить колебания. Нейтронное излучение вызывает изменения частоты, вводя дислокации в решетку, выбивая атомы, один быстрый нейтрон может произвести много дефектов; частота среза SC и AT увеличивается примерно линейно с дозой поглощенных нейтронов, в то время как частота срезов BT уменьшается. ^[47]Нейтроны также изменяют температурно-частотные характеристики. Изменение частоты при низких дозах ионизирующего излучения пропорционально выше, чем при более высоких дозах. Высокоинтенсивное излучение может остановить генератор, индуцируя фотопроводимость в кристалле и транзисторах; с прокручиваемым кристаллом и правильно спроектированной схемой колебания могут возобновиться в течение 15 микросекунд после вспышки излучения. Кристаллы кварца с высоким содержанием примесей щелочных металлов теряют добротность при облучении; Q стреловидных искусственных кристаллов не изменяется. Облучение более высокими дозами (более 10 ⁵рад) снижает чувствительность к последующим дозам. Очень низкие дозы облучения (менее 300 рад) имеют непропорционально более высокий эффект, но эта нелинейность насыщается при более высоких дозах. При очень высоких дозах радиационная реакция кристалла также достигает насыщения из-за конечного числа примесных участков, на которые можно воздействовать. ^[36]

Магнитные поля мало влияют на сам кристалл, так как кварц диамагнитен ; Однако в цепи могут быть наведены вихревые токи или переменное напряжение, а также могут быть затронуты магнитные части крепления и корпуса.

После включения кристаллам требуется от нескольких секунд до минут, чтобы «разогреться» и стабилизировать свою частоту. OCXO с печным управлением обычно требуют 3–10 минут для нагрева до достижения теплового равновесия; Генераторы без печи стабилизируются за несколько секунд, поскольку несколько милливатт, рассеиваемых в кристалле, вызывают небольшой, но заметный уровень внутреннего нагрева. ^[48]

Кристаллы не имеют встроенных механизмов отказа; некоторые работали в устройствах десятилетиями. Однако отказы могут быть вызваны дефектами соединения, негерметичностью корпуса, коррозией, сдвигом частоты из-за старения, разрушением кристалла в результате слишком сильного механического удара или радиационным повреждением при использовании нескользящего кварца. ^[49] Кристаллы также могут быть повреждены перегрузкой.

Кристаллы должны управляться на соответствующем уровне привода. В то время как разрезы AT, как правило, довольно щадящие, поскольку при перегрузке ухудшаются только их электрические параметры, стабильность и характеристики старения, низкочастотные кристаллы, особенно изгибные, могут разрушаться при слишком высоких уровнях возбуждения. Уровень возбуждения определяется как количество энергии, рассеиваемой в кристалле. Соответствующие уровни возбуждения составляют около 5 мкВт для изгибных мод до 100 кГц, 1 мкВт для основных мод 1–4 МГц, 0,5 мкВт для основных мод 4–20 МГц и 0,5 мкВт для обертоновых мод 20–200 МГц. ^[50]Слишком низкий уровень возбуждения может вызвать проблемы с запуском генератора. Низкие уровни возбуждения лучше подходят для более высокой стабильности и меньшего энергопотребления генератора. Более высокие уровни возбуждения, в свою очередь, снижают влияние шума за счет увеличения отношения сигнал/шум . ^[51]

Стабильность кристаллов огранки АТ снижается с увеличением частоты. Для более точных высоких частот лучше использовать кварц с более низкой основной частотой, работающий на обертоне.

Старение уменьшается логарифмически со временем, самые большие изменения происходят вскоре после изготовления. Искусственное старение кристалла путем длительного хранения при температуре от 85 до 125 ° C может повысить его долговременную стабильность.

Плохо спроектированная схема генератора может внезапно начать колебаться на обертоне . В 1972 году поезд во Фримонте, штат Калифорния, разбился из-за неисправного генератора. Несоответствующее значение накопительного конденсатора привело к перегрузке кристалла на плате управления, скачку до обертона и ускорению поезда вместо его замедления. ^[52]

Хрустальные огранки

Резонаторная пластина может быть вырезана из исходного кристалла разными способами. Ориентация среза влияет на характеристики старения кристалла, стабильность частоты, тепловые характеристики и другие параметры. Эти разрезы работают на объемной акустической волне (ОАВ); для более высоких частот используются устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Изображение нескольких срезов кристалла ^[53]

Резать	Диапазон частот	Режим	Углы	Описание
В	0,5–300 МГц	сдвиг по толщине (c-режим, медленный квазисдвиг)	35°15', 0° (<25 МГц) 35°18', 0°(>10 МГц)	Самая распространенная огранка, разработанная в 1934 году. Пластина содержит ось x кристалла и наклонена на 35°15' от оси z (оптической). Кривая частота-температура представляет собой синусоидальную кривую с точкой перегиба около 25–35 °C. Имеет постоянную частоту 1,661 МГц⋅мм. ^[54] Большинство (по оценкам, более 90%) всех кристаллов относятся к этому варианту. ^[55] Используется для генераторов, работающих в более широком диапазоне температур от 0,5 до 200 МГц; также используется в осцилляторах с печным управлением. ^[56] Чувствителен к механическим воздействиям, вызванным внешними силами или перепадами температуры. Кристаллы сдвига по толщине обычно работают в основной моде на частоте 1–30 МГц, 3 -м обертоне на частоте 30–90 МГц и 5-м обертоне на частоте 90–150 МГц; ^[57]по другому источнику они могут быть выполнены для работы в основном режиме до 300 МГц, хотя этот режим обычно используется только до 100 МГц ^[58] а по другому источнику верхний предел основной частоты среза АТ ограничен 40 МГц для заготовок малого диаметра. ^[54] Может быть изготовлен как в виде обычного круглого диска, так и в виде полосового резонатора; последний допускает гораздо меньший размер. Толщина кварцевой заготовки составляет около (1,661 мм)/(частота в МГц), при этом частота несколько смещается при дальнейшей обработке. ^[59]Третий обертон примерно в 3 раза превышает основную частоту; обертоны выше эквивалентного кратного основной частоты примерно на 25 кГц на обертон. Кристаллы, предназначенные для работы в обертоновых режимах, должны быть специально обработаны для обеспечения плоскопараллельности и чистоты поверхности для достижения наилучших характеристик на заданной частоте обертона. ^[50]
СК	0,5–200 МГц	сдвиг по толщине	35°15', 21°54'	Специальный разрез (с компенсацией напряжения), разработанный в 1974 году, представляет собой разрез с двойным вращением (35°15' и 21°54') для стабилизированных в печи генераторов с низким фазовым шумом и хорошими характеристиками старения. Менее чувствителен к механическим воздействиям. Имеет более высокую скорость прогрева, более высокую добротность, лучший фазовый шум вблизи, меньшую чувствительность к пространственной ориентации против вектора силы тяжести и меньшую чувствительность к вибрациям. ^[60]Его постоянная частоты составляет 1,797 МГц⋅мм. Связанные моды хуже, чем АТ-срез, сопротивление, как правило, выше; гораздо больше внимания требуется для преобразования между обертонами. Работает на тех же частотах, что и AT cut. Кривая «частота-температура» представляет собой нисходящую параболу третьего порядка с точкой перегиба при 95 °C и гораздо более низкой температурной чувствительностью, чем срез AT. Подходит для OCXO, например, в космических системах и системах GPS. Менее доступный, чем разрез АТ, более сложный в производстве; улучшение параметров на порядок компенсируется более жесткими допусками ориентации кристаллов. ^[61]Характеристики старения в 2-3 раза лучше, чем у разрезов АТ. Менее чувствителен к уровням возбуждения. Гораздо меньше провалов активности. Менее чувствителен к геометрии пластины. Требуется печь, плохо работает при температуре окружающей среды, так как частота быстро падает при более низких температурах. Имеет в несколько раз меньшую подвижную емкость, чем соответствующий разрез АТ, что снижает возможность регулировки частоты кристалла подключенным конденсатором; это ограничивает использование в обычных устройствах TCXO и VCXO, а также в других приложениях, где необходимо регулировать частоту кристалла. ^[62]^[63]Температурные коэффициенты для основной частоты другие, чем для ее третьего обертона; когда кварц работает на обеих частотах одновременно, результирующая частота биений может использоваться для определения температуры, например, в кварцевых генераторах с компенсацией микрокомпьютера. Чувствителен к электрическим полям. Чувствителен к воздушному демпфированию, для получения оптимальной добротности его необходимо упаковывать в вакууме. ^[45] Температурный коэффициент для режима b составляет −25 частей на миллион/°C, для двойного режима от 80 до более 100 частей на миллион/°C. ^[64]
БТ	0,5–200 МГц	сдвиг по толщине (b-режим, быстрый квазисдвиг)	−49°8', 0°	Специальный разрез, аналогичный разрезу AT, за исключением того, что пластина разрезается под углом 49° к оси z. Работает в режиме сдвига по толщине, в b-режиме (быстрый квазисдвиг). Он имеет хорошо известные и воспроизводимые характеристики. ^[65] Имеет постоянную частоту 2,536 МГц⋅мм. Имеет худшие температурные характеристики, чем разрез АТ. Из-за более высокой постоянной частоты может использоваться для кристаллов с более высокими частотами, чем срез AT, до более 50 МГц. ^[54]
ЭТО		сдвиг по толщине		Специальный разрез - это разрез с двойным вращением с улучшенными характеристиками для генераторов со стабилизацией в печи. Работает в режиме сдвига по толщине. Кривая частота-температура представляет собой нисходящую параболу третьего порядка с точкой перегиба при 78 °C. Редко используемый. Имеет характеристики и свойства, аналогичные разрезу SC, но больше подходит для более высоких температур.
ФК		сдвиг по толщине		Специальный разрез, разрез с двойным вращением с улучшенными характеристиками для генераторов со стабилизацией в печи. Работает в режиме сдвига по толщине. Кривая частота-температура представляет собой нисходящую параболу третьего порядка с точкой перегиба при 52 °C. Редко используемый. Используется в генераторах с печным управлением; печь может быть установлена на более низкую температуру, чем для срезов АТ/ИТ/СК, к началу плоской части температурно-частотной кривой (которая также шире, чем у других срезов); когда температура окружающей среды достигает этой области, печь выключается, и кристалл работает при температуре окружающей среды, сохраняя при этом приемлемую точность. Таким образом, этот разрез сочетает в себе функцию энергосбережения, позволяющую обеспечить относительно низкую температуру печи, с разумной стабильностью при более высоких температурах окружающей среды. ^[66]
АК		сдвиг по толщине		двойной поворотный срез с лучшими температурно-частотными характеристиками, чем срезы АТ и ВТ, и с более высокой устойчивостью к кристаллографической ориентации, чем срезы АТ, ВТ и СК (в 50 раз по сравнению со стандартным АТ-срезом, согласно расчетам). Работает в режиме сдвига по толщине. ^[61]
КТ	300–900 кГц	торцевой сдвиг	38°, 0°	Кривая частота-температура представляет собой нисходящую параболу.
ДТ	75–800 кГц	торцевой сдвиг	−52°, 0°	Аналог разреза КТ. Кривая частота-температура представляет собой нисходящую параболу. Температурный коэффициент ниже, чем у разреза КТ; там, где позволяет частотный диапазон, DT предпочтительнее CT. ^[54]
СЛ		сдвиг лица	−57°, 0°
ГТ	0,1–3 МГц	ширина-расширение	51°7'	Его температурный коэффициент в диапазоне от −25 до +75 °C близок к нулю из-за эффекта компенсации между двумя модами. ^[54]
Е , 5°Х	50–250 кГц	продольный		Имеет достаточно низкий температурный коэффициент, широко используется в кварцевых фильтрах низких частот. ^[54]
МТ	40–200 кГц	продольный
ET			66°30'
FT			−57°
NT	8–130 кГц	изгиб по длине и ширине (изгиб)
XY , камертон	3–85 кГц	изгиб по длине и ширине		Доминирующий низкочастотный кристалл, поскольку он меньше, чем другие низкочастотные срезы, дешевле, имеет низкий импеданс и низкое отношение Co/C1. Основное применение - кристалл RTC 32,768 кГц. Его второй обертон примерно в шесть раз превышает основную частоту. ^[50]
ЧАС	8–130 кГц	изгиб по длине и ширине		Широко используется для широкополосных фильтров. Температурный коэффициент линейный.
Дж	1–12 кГц	изгиб длина-толщина		J-срез состоит из двух соединенных вместе кварцевых пластин, выбранных для создания противофазного движения для данного электрического поля.
РТ				Двойной повернутый разрез.
SBTC				Двойной повернутый разрез.
ТС				Двойной повернутый разрез.
Х 30°				Двойной повернутый разрез.
ЖК		сдвиг по толщине	11,17°/9,39°	Двойной вращающийся срез («Линейный коэффициент») с линейной температурно-частотной характеристикой; может использоваться в качестве датчика в кристаллических термометрах. ^[67] Температурный коэффициент 35,4 ppm/°C. ^[64]
переменный ток			31°	Термочувствительный, может использоваться как датчик. Одномодовый с крутыми частотно-температурными характеристиками. ^[68] Температурный коэффициент 20 ppm/°C. ^[64]
до н.э			−60°	Чувствителен к температуре. ^[68]
НЛСК				Чувствителен к температуре. ^[68] Температурный коэффициент составляет около 14 ppm/°C. ^[64]
Д				Термочувствительный, может использоваться как датчик. Одномодовый с крутыми частотно-температурными характеристиками. ^[68] Плоскость пластины перпендикулярна оси Y кристалла. ^[69] Также называется параллельным или 30-градусным . Температурный коэффициент составляет около 90 ppm/°C. ^[64]
Икс				Использовался в одном из первых кварцевых генераторов в 1921 г. У. Г. Кэди и в качестве генератора на 50 кГц в первых кварцевых часах Хортона и Маррисона в 1927 г. ^[70] Плоскость пластины перпендикулярна оси X кристалла. Также называется перпендикулярным , нормальным , Кюри , нулевым углом или ультразвуковым . ^[71]

Буква T в названии разреза обозначает разрез с температурной компенсацией, разрез, ориентированный таким образом, что температурные коэффициенты решетки минимальны; разрезы FC и SC также имеют температурную компенсацию.

Резцы ВЧ крепятся своими краями, обычно на пружинах; жесткость пружины должна быть оптимальной, так как, если она слишком жесткая, механические удары могут передаваться кристаллу и вызывать его поломку, а слишком низкая жесткость может привести к столкновению кристалла с внутренней частью упаковки при воздействии механический удар и разрыв. Ленточные резонаторы, обычно АТ-срезы, имеют меньшие размеры и поэтому менее чувствительны к механическим ударам. При той же частоте и обертоне полоса имеет меньшую растяжимость, более высокое сопротивление и более высокий температурный коэффициент. ^[72]

Низкочастотные срезы монтируются в узлах, где они практически неподвижны; в таких точках с каждой стороны между кристаллом и выводами крепятся тонкие провода. Большая масса кристалла, подвешенного на тонких проволоках, делает сборку чувствительной к механическим ударам и вибрациям. ^[54]

Кристаллы обычно помещают в герметичные стеклянные или металлические корпуса, заполненные сухой и инертной атмосферой, обычно вакуумом, азотом или гелием. Пластиковые корпуса тоже можно использовать, но они не герметичны и вокруг кристалла приходится делать еще одно вторичное уплотнение.

Возможны несколько конфигураций резонатора в дополнение к классическому способу прямого крепления выводов к кристаллу. Например, резонатор BVA (Boîtier à Vieillissement Amélioré, корпус с улучшенным старением) ^[73] , разработанный в 1976 г.; детали, влияющие на колебания, выточены из монокристалла (что снижает монтажные напряжения), а электроды нанесены не на сам резонатор, а на внутренние стороны двух дисков конденсатора, изготовленных из смежных срезов кварца из одного бруска , образуя трехслойный сэндвич без напряжения между электродами и вибрирующим элементом. Зазор между электродами и резонатором действует как два небольших последовательных конденсатора, что делает кристалл менее чувствительным к воздействиям цепи. ^[74]Архитектура устраняет влияние поверхностных контактов между электродами, ограничения в монтажных соединениях и проблемы, связанные с миграцией ионов с электродов в решетку вибрирующего элемента. ^[75] Полученная конфигурация является прочной, устойчивой к ударам и вибрации, устойчивой к ускорению и ионизирующему излучению, а также имеет улучшенные характеристики старения. Обычно используется разрез AT, хотя существуют и варианты разреза SC. Резонаторы BVA часто используются в космических аппаратах. ^[76]

В 1930–1950-х годах люди довольно часто регулировали частоту кристаллов ручным шлифованием. Кристаллы были измельчены с помощью тонкой абразивной суспензии или даже зубной пасты, чтобы увеличить их частоту. Небольшое снижение на 1–2 кГц при перешлифовке кристалла было возможно путем маркировки грани кристалла грифелем карандаша за счет пониженной добротности ^{[77] .}

Частота кристалла немного регулируется («вытягивается») путем изменения подключенных емкостей. Варактор , диод с емкостью, зависящей от приложенного напряжения, часто используется в кварцевых генераторах, управляемых напряжением, VCXO. Огранки кристаллов обычно AT или редко SC и работают в основном режиме; величина доступной девиации частоты обратно пропорциональна квадрату числа обертонов, поэтому третий обертон имеет только одну девятую возможности извлечения основной моды. Разрезы SC, хотя и более стабильны, значительно менее растяжимы. ^[78]

Обозначения цепей и сокращения

На электрических принципиальных схемах кристаллы обозначаются буквой класса Y (Y1, Y2 и т. д.). Генераторы, будь то кварцевые генераторы или другие, обозначаются буквой класса G (G1, G2 и т. д.). ^[79]^[80] Кристаллы также могут быть обозначены на схеме X или XTAL , а кварцевый генератор - XO .

Типы кварцевых генераторов и их сокращения:

ATCXO - Аналоговый кварцевый генератор с регулируемой температурой
CDXO — калиброванный двухкварцевый генератор
DTCXO — Цифровой кварцевый генератор с температурной компенсацией
EMXO — Миниатюрный кварцевый осциллятор с вакуумированием
GPSDO — дисциплинированный осциллятор глобальной системы позиционирования
MCXO — кварцевый генератор с компенсацией микрокомпьютера
OCVCXO - кварцевый генератор с регулируемым напряжением, управляемый печью
OCXO — кварцевый генератор с духовкой
RbXO — генераторы на кристалле рубидия (RbXO), генератор на кристалле рубидия (может быть MCXO), синхронизированный со встроенным эталоном рубидия, который запускается лишь изредка для экономии энергии .
TCVCXO — кварцевый генератор с температурной компенсацией , управляемый напряжением
TCXO — кварцевый генератор с температурной компенсацией
TMXO - Тактический миниатюрный кварцевый генератор ^[70]
TSXO - кварцевый генератор с датчиком температуры, адаптация TCXO.
VCTCXO — Кварцевый генератор с температурной компенсацией, управляемый напряжением
VCXO — кварцевый генератор, управляемый напряжением

Смотрите также

Тактовый генератор
Дрейф тактовой частоты. Измерения дрейфа тактовой частоты кварцевых генераторов можно использовать для создания генераторов случайных чисел .
Кристаллический фильтр
Эрхард Китц работает над электронными камертонами и кристаллами кварца для точных частот сигнала .
Исаак Кога - изобретатель термостойкой огранки R1 Koga.
Осциллятор Пирса
Кварцевые микровесы с кварцевыми осцилляторами для взвешивания очень малых количеств.
Тонкопленочный монитор толщины
VFO — генератор переменной частоты

использованная литература

^ a b Граф, Рудольф Ф. (1999). Современный словарь по электронике, 7-е изд . США: Ньюнес. стр. 162, 163. ISBN . 978-0750698665.
^ Амос, SW; Роджер Амос (2002). Словарь Newnes по электронике, 4-е изд . США: Ньюнес. п. 76. ISBN 978-0750656429.
^ Лапланте, Филипп А. (1999). Полный словарь по электротехнике . США: Спрингер. ISBN 978-3540648352.
↑ Пол Горовиц, Уинфилд Хилл, Искусство электроники, второе издание , издательство Кембриджского университета, 1989, ISBN 0-521-37095-7 , стр. 300 фф
^ Ломбарди, Майкл (2003). Энциклопедия физических наук и технологий (3-е изд.).
↑ Николсон, Александр М. Патент США 2,212,845 на генерацию и передачу электрического тока , подана 10 апреля 1918 г., выдана 27 августа 1940 г.
^ Внизу, Вирджил Э. (1981). «История производства кристаллов кварца в США» . проц. 35-й Симптом контроля частоты . IEEE. Архивировано из оригинала 20 сентября 2008 г.
^ б Маррисон , Уоррен (1948). «Эволюция кварцевых часов» . Технический журнал Bell System . АТ&Т. 27 (3): 510–588. doi : 10.1002/j.1538-7305.1948.tb01343.x . Архивировано из оригинала 17 июля 2011 г.
^ a b c Баярд, Томас Л. (апрель 1926 г.). «Новый «Хрустальный пилот»» (PDF) . Popular Radio . Нью-Йорк: Popular Radio, Inc. 9 (4): 342–347 . Проверено 24 августа 2014 г. .
^ Вирджил Э. Боттом, История производства кварцевых кристаллов в США , Материалы 35-го ежегодного симпозиума по управлению частотой, 1981 г. IEee-uffc.org. Проверено 21 июня 2012 г.
^ Микроволны и радиочастотный журнал. Проверено 17 июля 2011 года . Архивировано 28 сентября 2011 года в Wayback Machine . Mwrf.com. Проверено 21 июня 2012 г.
↑ Inventors Staudte The Quartz Watch. Архивировано 1 апреля 2010 г. в Wayback Machine . Изобретение.smithsonian.org. Проверено 21 июня 2012 г.
^ Вирджил Э. Боттом (1982). Введение в конструкцию кварцевого кристалла . Ван Ностранд Рейнхольд. ISBN 978-0-442-26201-3.
^ "EEVblog # 1089 - Разборка генератора XTAL" . Ютуб .
^ Теория работы кварцевого кристалла и примечания к конструкции . foxonline.com
^ Определение кристаллов кварца . Maxim-ic.com (19 ноября 2001 г.). Проверено 21 июня 2012 г.
^ Выбор кристалла . pletronics.com. Проверено 21 июня 2012 г.
↑ «Хрустальная спецификация» . Архивировано 28 июля 2013 г. в Wayback Machine . Euroquartz.co.uk. Проверено 21 июня 2012 г.
^ «Примечания по применению кварцевого кристалла» . Архивировано 23 июня 2015 г. в Wayback Machine . Beckwithelectronics.com. Проверено 21 июня 2012 г.
^ «Примечания по применению кристаллов кварца» . (PDF) . Проверено 21 июня 2012 г.
^ Часто задаваемые вопросы о кристаллах . foxonline.com
^ «Управление радиочастотным спектром и стандарты времени и частоты» . Проверено 24 февраля 2019 г. .
^ Справочные данные для радиоинженеров (девятое изд.). Эльзевир. 2002. с. Глава 1. ISBN 978-0-7506-7291-7.
^ Гордон Т. Остин, Кристалл кварца . минералы.usgs.gov
^ a b Термины и определения синтетического кварцевого кристалла
^ Страница Quartz: Структура кварца . Quartzpage.de (23 октября 2010 г.). Проверено 21 июня 2012 г.
^ a b Джон Р. Виг и др. Способ изготовления миниатюрных высокочастотных резонаторов из кварцевого кристалла SC-среза . Патент США 4 554 717 , дата выдачи: 26 ноября 1985 г.
^ Гидротермальный рост кварца . Родити.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ «Дефекты синтетического кварца и их влияние на вибрационные характеристики». Сегнетоэлектрики . 1 мая 1982 г.
^ Технология кварца . 4timing.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Шинохара, А.Х.; Судзуки, CK (1996). Материалы Международного симпозиума IEEE по управлению частотой 1996 года . стр. 72–77. doi : 10.1109/FREQ.1996.559821 . ISBN 0-7803-3309-8.
^ Фумико Ивасаки; Армандо Х. Шинохара; Хидео Ивасаки; Карлос К. Судзуки (1990). «Влияние сегрегации примесей на морфологию кристаллов синтетического кварца Y-Bar» (PDF) . Япония. Дж. Заявл. физ . 29 (6): 1139–1142. Бибкод : 1990JaJAP..29.1139I . doi : 10.1143/JJAP.29.1139 .
^ Хариш Бахадур (2006). «Радиационная модификация точечных дефектов, связанных с примесями, в кристаллическом кварце - обзор» (PDF) . Исследования и технологии кристаллов . 41 (7): 631–635. doi : 10.1002/crat.200510641 . S2CID 95333080 .
^ Хариш Бахадур Исследования облучения и структурных характеристик высококачественных культивируемых кристаллов кварца, используемых в спутниковой связи . Архивировано 16 июля 2011 г. в Wayback Machine .
^ Артур Баллато и др. Способ подметания кварца . Патент США 4311938 , дата выдачи: 19 января 1982 г./
^ a b Управление частотой | Учебные ресурсы . Архивировано 6 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ a b c Джеймс Клод Кинг Вакуумный электролиз кварца , патент США 3 932 777 , дата выдачи: 13 января 1976 г.
^ Инфракрасное исследование дефектов в альфа-кварце, вызванных эффектами подметания . author.aps.org (апрель 1997 г.). Проверено 21 июня 2012 г.
↑ Артур Баллато . Метод изготовления кварцевого генератора, нечувствительного к полям ускорения . Патент США 4 871 986 , дата выпуска: 3 октября 1989 г.
^ Недавняя разработка технологии объемных и поверхностных акустических волн для приложений управления частотой , 23 декабря 2002 г., Институт прикладной механики, Национальный Тайваньский университет, CS Lam, TXC Corporation.
↑ Схемы детектора угловой скорости кварцевого генератора Fumio Nakajima Патент США 5 420 548 , дата выпуска: 30 мая 1995 г.
^ Бернд Нойбиг, VCXO с широким диапазоном срабатывания, использующие альтернативы кварцу . УКВ-связь, 2/2003, стр. 66–70.
↑ Управление частотой | Учебные ресурсы . Архивировано 5 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
↑ Управление частотой | Учебные ресурсы . Архивировано 6 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ a b Джерри С. Уитакер (1996-12-23). Справочник по электронике . КПР Пресс. стр. 198–. ISBN 978-0-8493-8345-8. Проверено 26 апреля 2011 г. .
↑ Управление частотой | Учебные ресурсы . Архивировано 6 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
↑ Джон Р. Виг Метод и устройство для компенсации сдвигов частоты, вызванных нейтронами, в кварцевых резонаторах . Патент США 5 512 864 , дата выдачи: 30 апреля 1996 г.
↑ Управление частотой | Учебные ресурсы . Архивировано 5 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Кварцевые резонаторы и генераторы для приложений управления частотой и синхронизации : учебник Джона Р. Вига, Командование связи и электроники армии США.
^ a b c Терминология Crystal . Архивировано 26 января 2005 г. в Wayback Machine . Actcrystals.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Проектирование схем кварцевого генератора , курс Б. Нойбига.
↑ Делаем выбор генератора кристально чистым . Архивировано 29 июня 2016 г. в Wayback Machine EDN (20 июля 2008 г.). Проверено 30 марта 2018 г.
^ Eotvos и новые тесты принципа эквивалентности . Mazepath.com (03 июля 2007 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.
^ a b c d e f g Кристаллы и генераторы Джерри А. Лихтер
^ Пьезоэлектричество . Розен, Кэрол Цвик., Хиремат, Басаварадж В., Ньюнэм, Роберт Э. (Роберт Эверест), 1929–2009 гг. Нью-Йорк: Американский институт физики. 1992. ISBN 0883186470. OCLC 22766216 .{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
↑ Глоссарий кристаллов и управления частотой . Архивировано 6 ноября 2009 г. в Wayback Machine . Icmfg.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Технология кристаллов . 4timing.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Введение в кварцевые стандарты частоты - кварц и кварцевый кристалл . Осилент.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
↑ Заготовки из кварца . Архивировано 9 июля 2012 г. в archive.today . Материалы Хоффмана. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ CSD - май 1998 г. - Делая это кристально чистым: кристальные осцилляторы в коммуникациях . Commsdesign.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ a b Альфред Кахан Углы среза для кварцевых резонаторов . Патент США 4 499 395 , дата выдачи: 12 февраля 1985 г.
^ Замечания по применению OCXO - OCXO - Кварцевые генераторы с управлением печью . Ofc.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ CSD - май 1998 г. - Делая это кристально чистым: кристальные осцилляторы в коммуникациях . Commsdesign.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ a b c d e Пол В. Круз (1997). Неохлаждаемые тепловизионные матрицы и системы . Академическая пресса. стр. 273–. ISBN 978-0-12-752155-8. Проверено 26 апреля 2011 г. .
↑ Глоссарий кристаллов и управления частотой . Архивировано 5 февраля 2013 г. в Wayback Machine . Icmfg.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
↑ Брюс Р. Лонг. Маломощный генератор с регулируемой температурой и стабилизированной частотой . Патент США 4 985 687 , дата выпуска: 15 января 1991 г.
↑ Бикаш К. Синха Кварцевые резонаторы с компенсацией напряжения , патент США 4 419 600 , дата выдачи: 6 декабря 1983 г.
^ a b c d Джон Р. Виг Высокочувствительный датчик температуры и массив датчиков . Патент США 5 686 779 , дата выдачи: 11 ноября 1997 г.
↑ Y Cut Crystal . Архивировано 30 июля 2012 г. в archive.today . Engineersedge.com (25 августа 2009 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.
^ a b UFFC | История . Архивировано 12 мая 2009 г. в Wayback Machine . IEee-uffc.org (23 марта 1959 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Глоссарий терминов, используемых в производстве пластин кварцевых генераторов . minsocam.org. Проверено 21 июня 2012 г.
^ Часто задаваемые вопросы о кристаллах кварца из International Crystal . Архивировано 17 февраля 2012 г. в Wayback Machine . Icmfg.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Re: [time-nuts] Суперстабильные кварцевые резонаторы BVA... BVA?? . Mail-archive.com (07 декабря 2007 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Re: [time-nuts] Суперстабильные кварцевые резонаторы BVA... BVA?? . Mail-archive.com (08 декабря 2007 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.
↑ 8600 Oven Crystal Oscillator . Архивировано 7 июля 2011 г. в Wayback Machine . осциллокварц.ч. Проверено 21 июня 2012 г.
^ UFFC | История . IEee-uffc.org (04.10.1957). Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Шлифование кристаллов: когда электроника была ДЕЙСТВИТЕЛЬНО практической - PowerSource - Блог на EDN - 1470000147 Архивировано 30 июля 2012 г. в archive.today . Эдн.ком. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ EDN Access-11.20.97 Кристаллические генераторы: хорошо выглядят в беспроводных системах . Архивировано 23 ноября 2008 г. в Wayback Machine . Эдн.ком. Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Стандарт IEEE 315-1975.
^ АНСИ Y32.2-1975

дальнейшее чтение

Поддар, А.К.; Роде, Ульрих Л. (19 октября 2012 г.). «Кристаллические осцилляторы». Энциклопедия Wiley по электротехнике и электронике . стр. 1–38. дои : 10.1002/047134608X.W8154 . ISBN 978-0471346081.
Роде, Ульрих Л. (август 1997 г.). Микроволновые и беспроводные синтезаторы: теория и конструкция . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-52019-1.
Поддар, А.К.; Роде, Ульрих Л. (21–24 мая 2012 г.). «Методы минимизации фазового шума в схемах кварцевого генератора». Материалы Международного симпозиума по управлению частотой IEEE 2012 г. . Симпозиум по управлению частотой (FCS), 2012 IEEE International. IEEE. стр. 1–7. doi : 10.1109/FCS.2012.6243701 . ISBN 978-1-4577-1820-5.
Поддар, А.К.; Роде, UL; Апте, AM (30 августа 2013 г.). «Насколько низко они могут опускаться ?: Модель фазового шума генератора, теоретическая, экспериментальная проверка и измерения фазового шума». Журнал Микроволновка . IEEE. 14 (6): 50–72. doi : 10.1109/МММ.2013.2269859 . S2CID 22624948 .
Роде, Ульрих Л.; Поддар, А.К.; Апте, AM (30 августа 2013 г.). «Получение его измерения: методы измерения фазового шума генератора и ограничения». Журнал Микроволновка . IEEE. 14 (6): 73–86. doi : 10.1109/МММ.2013.2269860 . S2CID 40924332 .
Роде, Ульрих Л. (31 мая - 2 июня 1978 г.). Математический анализ и проектирование сверхмалошумящего генератора 100 МГц с дифференциальным ограничителем и его возможности в стандартах частоты . Материалы 32-го ежегодного симпозиума по управлению частотой. Атлантик-Сити, Нью-Джерси. стр. 409––. doi : 10.1109/FREQ.1978.200269 .
Нойбиг, Бернд; Бриз, Вольфганг (1997). Das große Quarzkochbuch [ Поваренная книга Crystal ] (PDF) (на немецком языке) (1-е изд.). Фельдкирхен, Германия: Franzis Verlag . ISBN 978-3-7723-5853-1. Архивировано из оригинала (PDF) 23 февраля 2019 г .. Проверено 23 февраля 2019 г. .(Альтернативные загрузки : QSL : - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. AXTAL ZIP : - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. )

внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с кварцевыми генераторами .

Введение в кварцевые эталоны частоты
«Что такое устройство с кварцевым кристаллом?» . КИАДЖ . Ассоциация производителей кристаллов кварца. Японии. 2007 . Проверено 10 августа 2008 г. .
Марвин Э., Фреркинг (1996). «Пятьдесят лет прогресса в стандартах частоты на кварцевом кристалле» . проц. 1996 Симпозиум IEEE по управлению частотой . Институт инженеров по электротехнике и электронике. стр. 33–46. Архивировано из оригинала 12 мая 2009 г. Проверено 31 марта 2009 г. .
Искажения в кварцевых генераторах
Кварцевые резонаторы и генераторы
Многостраничный обзор кристаллов кварца и их генераторов, фильтров и т. д.

[Graf1999-1] Граф, Рудольф Ф. (1999). Современный словарь по электронике, 7-е изд . США: Ньюнес. стр. 162, 163. ISBN . 978-0750698665.

[Amos-2] Амос, SW; Роджер Амос (2002). Словарь Newnes по электронике, 4-е изд . США: Ньюнес. п. 76. ISBN 978-0750656429.

[Laplante-3] Лапланте, Филипп А. (1999). Полный словарь по электротехнике . США: Спрингер. ISBN 978-3540648352.

[4] Пол Горовиц, Уинфилд Хилл, Искусство электроники, второе издание , издательство Кембриджского университета, 1989, ISBN 0-521-37095-7 , стр. 300 фф

[5] Ломбарди, Майкл (2003). Энциклопедия физических наук и технологий (3-е изд.).

[Nicholson-6] Николсон, Александр М. Патент США 2,212,845 на генерацию и передачу электрического тока , подана 10 апреля 1918 г., выдана 27 августа 1940 г.

[Bottom1981-7] Внизу, Вирджил Э. (1981). «История производства кристаллов кварца в США» . проц. 35-й Симптом контроля частоты . IEEE. Архивировано из оригинала 20 сентября 2008 г.

[Marrison1948-8] б Маррисон , Уоррен (1948). «Эволюция кварцевых часов» . Технический журнал Bell System . АТ&Т. 27 (3): 510–588. doi : 10.1002/j.1538-7305.1948.tb01343.x . Архивировано из оригинала 17 июля 2011 г.

[Bayard-9] Баярд, Томас Л. (апрель 1926 г.). «Новый «Хрустальный пилот»» (PDF) . Popular Radio . Нью-Йорк: Popular Radio, Inc. 9 (4): 342–347 . Проверено 24 августа 2014 г. .

[10] Вирджил Э. Боттом, История производства кварцевых кристаллов в США , Материалы 35-го ежегодного симпозиума по управлению частотой, 1981 г. IEee-uffc.org. Проверено 21 июня 2012 г.

[11] Микроволны и радиочастотный журнал. Проверено 17 июля 2011 года . Архивировано 28 сентября 2011 года в Wayback Machine . Mwrf.com. Проверено 21 июня 2012 г.

[12] Inventors Staudte The Quartz Watch. Архивировано 1 апреля 2010 г. в Wayback Machine . Изобретение.smithsonian.org. Проверено 21 июня 2012 г.

[Virgil1982-13] Вирджил Э. Боттом (1982). Введение в конструкцию кварцевого кристалла . Ван Ностранд Рейнхольд. ISBN 978-0-442-26201-3.

[14] "EEVblog # 1089 - Разборка генератора XTAL" . Ютуб .

[15] Теория работы кварцевого кристалла и примечания к конструкции . foxonline.com

[16] Определение кристаллов кварца . Maxim-ic.com (19 ноября 2001 г.). Проверено 21 июня 2012 г.

[17] Выбор кристалла . pletronics.com. Проверено 21 июня 2012 г.

[18] «Хрустальная спецификация» . Архивировано 28 июля 2013 г. в Wayback Machine . Euroquartz.co.uk. Проверено 21 июня 2012 г.

[19] «Примечания по применению кварцевого кристалла» . Архивировано 23 июня 2015 г. в Wayback Machine . Beckwithelectronics.com. Проверено 21 июня 2012 г.

[20] «Примечания по применению кристаллов кварца» . (PDF) . Проверено 21 июня 2012 г.

[21] Часто задаваемые вопросы о кристаллах . foxonline.com

[22] «Управление радиочастотным спектром и стандарты времени и частоты» . Проверено 24 февраля 2019 г. .

[Reference_Data_for_Radio_Engineers-23] Справочные данные для радиоинженеров (девятое изд.). Эльзевир. 2002. с. Глава 1. ISBN 978-0-7506-7291-7.

[24] Гордон Т. Остин, Кристалл кварца . минералы.usgs.gov

[terms-25] Термины и определения синтетического кварцевого кристалла

[26] Страница Quartz: Структура кварца . Quartzpage.de (23 октября 2010 г.). Проверено 21 июня 2012 г.

[patentstorm1-27] Джон Р. Виг и др. Способ изготовления миниатюрных высокочастотных резонаторов из кварцевого кристалла SC-среза . Патент США 4 554 717 , дата выдачи: 26 ноября 1985 г.

[28] Гидротермальный рост кварца . Родити.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[29] «Дефекты синтетического кварца и их влияние на вибрационные характеристики». Сегнетоэлектрики . 1 мая 1982 г.

[30] Технология кварца . 4timing.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[31] Шинохара, А.Х.; Судзуки, CK (1996). Материалы Международного симпозиума IEEE по управлению частотой 1996 года . стр. 72–77. doi : 10.1109/FREQ.1996.559821 . ISBN 0-7803-3309-8.

[32] Фумико Ивасаки; Армандо Х. Шинохара; Хидео Ивасаки; Карлос К. Судзуки (1990). «Влияние сегрегации примесей на морфологию кристаллов синтетического кварца Y-Bar» (PDF) . Япония. Дж. Заявл. физ . 29 (6): 1139–1142. Бибкод : 1990JaJAP..29.1139I . doi : 10.1143/JJAP.29.1139 .

[33] Хариш Бахадур (2006). «Радиационная модификация точечных дефектов, связанных с примесями, в кристаллическом кварце - обзор» (PDF) . Исследования и технологии кристаллов . 41 (7): 631–635. doi : 10.1002/crat.200510641 . S2CID 95333080 .

[34] Хариш Бахадур Исследования облучения и структурных характеристик высококачественных культивируемых кристаллов кварца, используемых в спутниковой связи . Архивировано 16 июля 2011 г. в Wayback Machine .

[35] Артур Баллато и др. Способ подметания кварца . Патент США 4311938 , дата выдачи: 19 января 1982 г./

[ieee-uffc1-36] Управление частотой | Учебные ресурсы . Архивировано 6 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.

[freepatentsonline.com-37] Джеймс Клод Кинг Вакуумный электролиз кварца , патент США 3 932 777 , дата выдачи: 13 января 1976 г.

[38] Инфракрасное исследование дефектов в альфа-кварце, вызванных эффектами подметания . author.aps.org (апрель 1997 г.). Проверено 21 июня 2012 г.

[39] Артур Баллато . Метод изготовления кварцевого генератора, нечувствительного к полям ускорения . Патент США 4 871 986 , дата выпуска: 3 октября 1989 г.

[40] Недавняя разработка технологии объемных и поверхностных акустических волн для приложений управления частотой , 23 декабря 2002 г., Институт прикладной механики, Национальный Тайваньский университет, CS Lam, TXC Corporation.

[41] ↑ Схемы детектора угловой скорости кварцевого генератора Fumio Nakajima Патент США 5 420 548 , дата выпуска: 30 мая 1995 г.

[42] Бернд Нойбиг, VCXO с широким диапазоном срабатывания, использующие альтернативы кварцу . УКВ-связь, 2/2003, стр. 66–70.

[43] Управление частотой | Учебные ресурсы . Архивировано 5 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.

[44] Управление частотой | Учебные ресурсы . Архивировано 6 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.

[google1-45] Джерри С. Уитакер (1996-12-23). Справочник по электронике . КПР Пресс. стр. 198–. ISBN 978-0-8493-8345-8. Проверено 26 апреля 2011 г. .

[46] Управление частотой | Учебные ресурсы . Архивировано 6 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.

[47] Джон Р. Виг Метод и устройство для компенсации сдвигов частоты, вызванных нейтронами, в кварцевых резонаторах . Патент США 5 512 864 , дата выдачи: 30 апреля 1996 г.

[48] Управление частотой | Учебные ресурсы . Архивировано 5 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.

[49] Кварцевые резонаторы и генераторы для приложений управления частотой и синхронизации : учебник Джона Р. Вига, Командование связи и электроники армии США.

[actcrystals1-50] Терминология Crystal . Архивировано 26 января 2005 г. в Wayback Machine . Actcrystals.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[51] Проектирование схем кварцевого генератора , курс Б. Нойбига.

[52] Делаем выбор генератора кристально чистым . Архивировано 29 июня 2016 г. в Wayback Machine EDN (20 июля 2008 г.). Проверено 30 марта 2018 г.

[53] Eotvos и новые тесты принципа эквивалентности . Mazepath.com (03 июля 2007 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.

[nelfc1-54] Кристаллы и генераторы Джерри А. Лихтер

[55] Пьезоэлектричество . Розен, Кэрол Цвик., Хиремат, Басаварадж В., Ньюнэм, Роберт Э. (Роберт Эверест), 1929–2009 гг. Нью-Йорк: Американский институт физики. 1992. ISBN 0883186470. OCLC 22766216 .{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )

[56] ↑ Глоссарий кристаллов и управления частотой . Архивировано 6 ноября 2009 г. в Wayback Machine . Icmfg.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[57] Технология кристаллов . 4timing.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[58] Введение в кварцевые стандарты частоты - кварц и кварцевый кристалл . Осилент.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[59] ↑ Заготовки из кварца . Архивировано 9 июля 2012 г. в archive.today . Материалы Хоффмана. Проверено 8 февраля 2010 г.

[60] CSD - май 1998 г. - Делая это кристально чистым: кристальные осцилляторы в коммуникациях . Commsdesign.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[patentstorm2-61] Альфред Кахан Углы среза для кварцевых резонаторов . Патент США 4 499 395 , дата выдачи: 12 февраля 1985 г.

[62] Замечания по применению OCXO - OCXO - Кварцевые генераторы с управлением печью . Ofc.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[63] CSD - май 1998 г. - Делая это кристально чистым: кристальные осцилляторы в коммуникациях . Commsdesign.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[uncirimag-64] Пол В. Круз (1997). Неохлаждаемые тепловизионные матрицы и системы . Академическая пресса. стр. 273–. ISBN 978-0-12-752155-8. Проверено 26 апреля 2011 г. .

[65] ↑ Глоссарий кристаллов и управления частотой . Архивировано 5 февраля 2013 г. в Wayback Machine . Icmfg.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[66] Брюс Р. Лонг. Маломощный генератор с регулируемой температурой и стабилизированной частотой . Патент США 4 985 687 , дата выпуска: 15 января 1991 г.

[67] Бикаш К. Синха Кварцевые резонаторы с компенсацией напряжения , патент США 4 419 600 , дата выдачи: 6 декабря 1983 г.

[patentstorm3-68] Джон Р. Виг Высокочувствительный датчик температуры и массив датчиков . Патент США 5 686 779 , дата выдачи: 11 ноября 1997 г.

[69] Y Cut Crystal . Архивировано 30 июля 2012 г. в archive.today . Engineersedge.com (25 августа 2009 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.

[ieee-uffc2-70] UFFC | История . Архивировано 12 мая 2009 г. в Wayback Machine . IEee-uffc.org (23 марта 1959 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.

[71] Глоссарий терминов, используемых в производстве пластин кварцевых генераторов . minsocam.org. Проверено 21 июня 2012 г.

[72] Часто задаваемые вопросы о кристаллах кварца из International Crystal . Архивировано 17 февраля 2012 г. в Wayback Machine . Icmfg.com. Проверено 8 февраля 2010 г.

[73] Re: [time-nuts] Суперстабильные кварцевые резонаторы BVA... BVA?? . Mail-archive.com (07 декабря 2007 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.

[74] Re: [time-nuts] Суперстабильные кварцевые резонаторы BVA... BVA?? . Mail-archive.com (08 декабря 2007 г.). Проверено 8 февраля 2010 г.

[75] 8600 Oven Crystal Oscillator . Архивировано 7 июля 2011 г. в Wayback Machine . осциллокварц.ч. Проверено 21 июня 2012 г.

[76] UFFC | История . IEee-uffc.org (04.10.1957). Проверено 8 февраля 2010 г.

[77] Шлифование кристаллов: когда электроника была ДЕЙСТВИТЕЛЬНО практической - PowerSource - Блог на EDN - 1470000147 Архивировано 30 июля 2012 г. в archive.today . Эдн.ком. Проверено 8 февраля 2010 г.

[78] EDN Access-11.20.97 Кристаллические генераторы: хорошо выглядят в беспроводных системах . Архивировано 23 ноября 2008 г. в Wayback Machine . Эдн.ком. Проверено 8 февраля 2010 г.

[79] Стандарт IEEE 315-1975.

[80] АНСИ Y32.2-1975

[1]

втеЭлектронные генераторы
Теория	Критерий устойчивости Баркгаузена Гармонический осциллятор уравнение Лисона Критерий устойчивости Найквиста Фазовый шум генератора Фазовый шум
LC-генераторы	Генератор Армстронга или Мейснера Осциллятор Клэппа Осциллятор Колпитца Осциллятор Хартли Осциллятор Лампкина Генератор моста Мичема Осциллятор Зейлера Осциллятор Вакаря резонансный Ройер
RC-генераторы	Генератор с фазовым сдвигом Генератор Twin-T Генератор моста Вина
Кварцевые генераторы	Осциллятор Батлера Осциллятор Пирса Трехтетовый осциллятор
Осцилляторы релаксации	Блокирующий осциллятор Мультивибратор кольцевой осциллятор Генератор Пирсона – Энсона базовый Ройер
Другой	Резонаторный осциллятор Генератор линии задержки Оптоэлектронный осциллятор Генератор Робинсона Генератор линии передачи Клистрон осциллятор Резонаторный магнетрон Осциллятор Ганна