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更多>>石英晶振歷史及優(yōu)點(diǎn)
來源：http://www.lh1288.net 作者：康比電子 2019年07月22
石英晶體振蕩器是一種電子振蕩器電路,它利用壓電材料振動(dòng)晶體的機(jī)械共振來產(chǎn)生具有精確頻率的電信號(hào).這一頻率通常用于記錄時(shí)間,如石英手表,為數(shù)字集成電路提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào),并穩(wěn)定無線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率.最常見的壓電諧振器類型是石英晶振,因此包含它們的振蕩器電路被稱為晶體振蕩器,,但包括多晶陶瓷在內(nèi)的其他壓電材料也用于類似的電路中.
石英晶體的制造頻率從幾十千赫茲到數(shù)百兆赫不等.每年生產(chǎn)超過20億顆晶體.大多數(shù)用于手表,鐘表,收音機(jī),電腦和手機(jī)等消費(fèi)設(shè)備.石英晶體也存在于測(cè)試和測(cè)量設(shè)備中,如計(jì)數(shù)器,信號(hào)發(fā)生器和示波器.
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歷史
壓電現(xiàn)象是雅克和皮埃爾•居里在1880年發(fā)現(xiàn)的.第一次世界大戰(zhàn)期間,保羅•朗之萬首先研究了聲納中使用的石英晶體諧振器.第一個(gè)使用羅謝爾鹽晶體的晶體控制振蕩器是由貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的亞歷山大•尼克爾森于1917年制造的,并于1918年獲得[4]專利,盡管沃爾特•蓋頓•卡迪對(duì)他的優(yōu)先權(quán)有爭(zhēng)議.[5]凱蒂在1921年制造了第一個(gè)石英晶體振蕩器.[6]石英晶體振蕩器的其他早期創(chuàng)新者包括喬治•皮爾斯和路易•埃森.
石英晶體振蕩器是在20世紀(jì)20年代和30年代為高穩(wěn)定性頻率基準(zhǔn)而開發(fā)的.在水晶出現(xiàn)之前,無線電臺(tái)用調(diào)諧電路控制頻率,這種電路很容易漂移關(guān)閉頻率3-4千赫.由于廣播電臺(tái)被分配的頻率只有10千赫,由于頻率漂移造成的相鄰電臺(tái)之間的干擾是一個(gè)常見問題.
非常早期的貝爾實(shí)驗(yàn)室來自維創(chuàng)國際收藏的晶體
晶體振蕩器是一種電子振蕩器電路,它使用壓電諧振器晶體作為頻率確定元件.晶體是電子學(xué)中常用的頻率術(shù)語-
測(cè)定元件,石英晶體或陶瓷晶片,其上連接有電極.更準(zhǔn)確的說法是壓電諧振器.晶體也用于其他類型的電子電路,如晶體濾波器.
壓電諧振器作為單獨(dú)的元件出售,用于晶體振蕩器電路.圖中顯示了一個(gè)例子.它們通常與晶體振蕩器電路一起集成在一個(gè)封裝中,如右側(cè)所示.
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西屋公司在其旗艦電臺(tái)KDKA安裝了一個(gè)有源晶振,到1926年,石英晶體被用來控制許多廣播電臺(tái)的頻率,并受到業(yè)余無線電運(yùn)營商的歡迎.
1928年,貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的沃倫•馬里奧森開發(fā)了第一個(gè)石英晶體時(shí)鐘.在30年內(nèi)(30毫秒/年,或7秒),[石英鐘取代精密擺鐘成為世界上最精確的計(jì)時(shí)器,直到20世紀(jì)50年代原子鐘得到發(fā)展.利用貝爾實(shí)驗(yàn)室的早期工作,AT&T最終建立了他們的頻率控制產(chǎn)品部門,后來分離出來,今天被稱為維克特隆國際公司.在此期間,許多公司開始生產(chǎn)電子用石英晶體.使用現(xiàn)在被認(rèn)為是原始的方法,美國在1939年生產(chǎn)了大約10萬個(gè)晶體單位.二戰(zhàn)期間,水晶是由天然石英晶體制成的,幾乎全部來自巴西.戰(zhàn)爭(zhēng)期間,由于對(duì)軍用和海軍無線電和雷達(dá)進(jìn)行精確頻率控制的需求而導(dǎo)致晶體短缺,這刺激了戰(zhàn)后對(duì)人造石英培養(yǎng)的研究.
到1950年,貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種工業(yè)規(guī)模的熱液石英晶振生長(zhǎng)工藝.到20世紀(jì)70年代,幾乎所有用于電子產(chǎn)品的晶體都是合成的.
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1968年,于爾根•斯陶德在北美航空公司(現(xiàn)在的洛克威爾)工作時(shí),發(fā)明了一種制造石英晶體振蕩器的光刻工藝,這種工藝使石英晶體振蕩器可以做得足夠小,可以用于手表等便攜式產(chǎn)品.盡管晶體振蕩器仍然最常用石英晶振,但使用其他材料的器件正變得越來越普遍,例如陶瓷諧振器.晶體是一種固體,其中組成原子,分子或離子以規(guī)則有序,重復(fù)的模式在所有三個(gè)空間維度上排列.幾乎任何由彈性材料制成的物體都可以像晶體一樣使用,帶有適當(dāng)?shù)膫鞲衅?因?yàn)樗形矬w都有固有的振動(dòng)共振頻率.例如,鋼非常有彈性,并且有很高的聲速.在石英出現(xiàn)之前,它通常用于機(jī)械過濾器.共振頻率取決于材料的大小,形狀,彈性和聲速.高頻晶體通常被切割成簡(jiǎn)單的矩形板的形狀.低頻晶體,例如那些用于數(shù)字手表的,通常被切割成音叉的形狀.對(duì)于不需要非常精確定時(shí)的應(yīng)用,通常使用低成本陶瓷諧振器來代替石英晶體.
當(dāng)石英晶體被正確切割和安裝時(shí),通過向晶體附近或晶振上的電極施加電壓,可以使其在電場(chǎng)中變形.這種性質(zhì)被稱為電致伸縮或逆壓電.當(dāng)電場(chǎng)被移除時(shí),石英在恢復(fù)到其先前形狀時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng),這可以產(chǎn)生電壓.其結(jié)果是石英晶體的行為就像RLC電路,由電感,電容和電阻組成,具有精確的諧振頻率.
石英的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,它的彈性常數(shù)和尺寸的變化使得頻率對(duì)溫度的依賴性非常低.具體特征取決于振動(dòng)模式和石英切割的角度(相對(duì)于其晶軸).因此,取決于其尺寸的板的共振頻率變化不大.這意味著石英鐘,聲表面濾波器或振蕩器保持精確.對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用,石英振蕩器安裝在溫控容器中,稱為晶體爐,也可以安裝在減震器上,以防止外部機(jī)械振動(dòng)的擾動(dòng).
石英晶體的制造頻率從幾十千赫茲到數(shù)百兆赫不等.每年生產(chǎn)超過20億顆晶體.大多數(shù)用于手表,鐘表,收音機(jī),電腦和手機(jī)等消費(fèi)設(shè)備.石英晶體也存在于測(cè)試和測(cè)量設(shè)備中,如計(jì)數(shù)器,信號(hào)發(fā)生器和示波器.
壓電現(xiàn)象是雅克和皮埃爾•居里在1880年發(fā)現(xiàn)的.第一次世界大戰(zhàn)期間,保羅•朗之萬首先研究了聲納中使用的石英晶體諧振器.第一個(gè)使用羅謝爾鹽晶體的晶體控制振蕩器是由貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的亞歷山大•尼克爾森于1917年制造的,并于1918年獲得[4]專利,盡管沃爾特•蓋頓•卡迪對(duì)他的優(yōu)先權(quán)有爭(zhēng)議.[5]凱蒂在1921年制造了第一個(gè)石英晶體振蕩器.[6]石英晶體振蕩器的其他早期創(chuàng)新者包括喬治•皮爾斯和路易•埃森.
石英晶體振蕩器是在20世紀(jì)20年代和30年代為高穩(wěn)定性頻率基準(zhǔn)而開發(fā)的.在水晶出現(xiàn)之前,無線電臺(tái)用調(diào)諧電路控制頻率,這種電路很容易漂移關(guān)閉頻率3-4千赫.由于廣播電臺(tái)被分配的頻率只有10千赫,由于頻率漂移造成的相鄰電臺(tái)之間的干擾是一個(gè)常見問題.
非常早期的貝爾實(shí)驗(yàn)室來自維創(chuàng)國際收藏的晶體
晶體振蕩器是一種電子振蕩器電路,它使用壓電諧振器晶體作為頻率確定元件.晶體是電子學(xué)中常用的頻率術(shù)語-
測(cè)定元件,石英晶體或陶瓷晶片,其上連接有電極.更準(zhǔn)確的說法是壓電諧振器.晶體也用于其他類型的電子電路,如晶體濾波器.
壓電諧振器作為單獨(dú)的元件出售,用于晶體振蕩器電路.圖中顯示了一個(gè)例子.它們通常與晶體振蕩器電路一起集成在一個(gè)封裝中,如右側(cè)所示.
1928年,貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的沃倫•馬里奧森開發(fā)了第一個(gè)石英晶體時(shí)鐘.在30年內(nèi)(30毫秒/年,或7秒),[石英鐘取代精密擺鐘成為世界上最精確的計(jì)時(shí)器,直到20世紀(jì)50年代原子鐘得到發(fā)展.利用貝爾實(shí)驗(yàn)室的早期工作,AT&T最終建立了他們的頻率控制產(chǎn)品部門,后來分離出來,今天被稱為維克特隆國際公司.在此期間,許多公司開始生產(chǎn)電子用石英晶體.使用現(xiàn)在被認(rèn)為是原始的方法,美國在1939年生產(chǎn)了大約10萬個(gè)晶體單位.二戰(zhàn)期間,水晶是由天然石英晶體制成的,幾乎全部來自巴西.戰(zhàn)爭(zhēng)期間,由于對(duì)軍用和海軍無線電和雷達(dá)進(jìn)行精確頻率控制的需求而導(dǎo)致晶體短缺,這刺激了戰(zhàn)后對(duì)人造石英培養(yǎng)的研究.
到1950年,貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種工業(yè)規(guī)模的熱液石英晶振生長(zhǎng)工藝.到20世紀(jì)70年代,幾乎所有用于電子產(chǎn)品的晶體都是合成的.
當(dāng)石英晶體被正確切割和安裝時(shí),通過向晶體附近或晶振上的電極施加電壓,可以使其在電場(chǎng)中變形.這種性質(zhì)被稱為電致伸縮或逆壓電.當(dāng)電場(chǎng)被移除時(shí),石英在恢復(fù)到其先前形狀時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng),這可以產(chǎn)生電壓.其結(jié)果是石英晶體的行為就像RLC電路,由電感,電容和電阻組成,具有精確的諧振頻率.
石英的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,它的彈性常數(shù)和尺寸的變化使得頻率對(duì)溫度的依賴性非常低.具體特征取決于振動(dòng)模式和石英切割的角度(相對(duì)于其晶軸).因此,取決于其尺寸的板的共振頻率變化不大.這意味著石英鐘,聲表面濾波器或振蕩器保持精確.對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用,石英振蕩器安裝在溫控容器中,稱為晶體爐,也可以安裝在減震器上,以防止外部機(jī)械振動(dòng)的擾動(dòng).
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