DE1916941A1

DE1916941A1 - Piezoelectric oscillating crystal

Info

Publication number: DE1916941A1
Application number: DE19691916941
Authority: DE
Inventors: Jacques Veyrier
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-04-03
Filing date: 1969-04-02
Publication date: 1969-11-06
Also published as: GB1268225A; DE1916941B2; FR1576402A

Description

101, Boulevard Murat, Paris 16°/Prankreich101, Boulevard Murat, Paris 16 ° / France

Piezoelektrischer SchwingkristallPiezoelectric oscillating crystal

Die -Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Schwingkristall und insbesondere einen in Filtern für elektrische Schwingungen, Oszillatoren usw. verwendeten piezoelektrischen Schwingquarz.The invention relates to a piezoelectric oscillating crystal and particularly a piezoelectric used in filters for electrical vibrations, oscillators, etc. Quartz crystal.

i-c 1958 kennt man den DT-Schnitt, bei dem rechtwinklige Plättchen aus einem Quarzeinkristall geschnitten werden» Die lange Seite dieser Plättchen verläuft im wesentlichen parallel zur elektrischen Achse des Quarzkristalls. Sie Hauptflachen liegen in einem Winkel zwischen -47° und . -53° zur optischen Achse, der Z-Achse des Kristalls. Dieser Winkel kann zur Erzielung eines verschwindenden Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit vom Verhältnis Dicke zu länge geändert werden. Es ist in gleicher Weise bekannt,"dass der G-üxefakror bei rechteckigen Quarzen und insbesondere bei solchen, bei denen das Verhältnis Breite zu Länge gleich 0,4 oder 0,175 ist, grosser als bei quadratischen Quarzen ist.i-c 1958 we know the DT cut, the right-angled cut Platelets are cut from a single crystal of quartz »The long side of these platelets is essentially the same parallel to the electrical axis of the quartz crystal. Their main surfaces lie at an angle between -47 ° and. -53 ° to the optical axis, the Z-axis of the crystal. This angle can be used to achieve a negligible temperature coefficient can be changed depending on the ratio of thickness to length. It is equally known "that the G-üxefakror with rectangular crystals and especially with those in which the ratio of width to length is equal to 0.4 or 0.175 is greater than that of square crystals.

Im Gegensatz zu dem bisher Gesagten sind diese Kristalle nicht immer frei von unerwünschten Frequenzen, und sie weisen bei gewissen Dicken Unregelmässigkeiten in den Kurven auf, die die Frequenzdrift als Funktion derContrary to what has been said so far, these crystals are not always free of unwanted frequencies, and they are show irregularities in the curves at certain thicknesses, which the frequency drift as a function of

Schw/BaSchw / Ba

109845/0984109845/0984

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Temperatur angeben. In gewissen Fällen treten sogar Schwingungsunterbrechungen auf. Die Schwingung mit der Grundfrequenz ist eine ebene Scherungeschwingung. Diese Schwingung bringt verschiedene andere Schwingungsformen und ihre mechanischen Harmonischen mit sich. Die am leichtesten entstehenden Schwingungen sind die mechanischen Harmonischen der Dickenbiegungsschwingung. Je dünner der Quarz ist,.desto niedriger ist die Grundfrequenz der Dickenbiegungsschwingung. Diese Grundfrequenz ist eine Punktion des Verhältnisses der Dicke zum Quadrat der Länge. Die mechanischen Harmonischen dieser Schwingung liegen daher bei einem dünnen Quarz sehr dicht beieinander.Specify temperature. In certain cases there are even interruptions in the oscillation. The vibration with the fundamental frequency is a plane shear oscillation. This vibration brings with it various other forms of vibration and their mechanical harmonics. The most easily generated vibrations are the mechanical harmonics of the thickness bending vibration. The thinner the quartz, the lower the fundamental frequency of the thickness bending oscillation. This fundamental frequency is a puncture of the ratio of the Thickness to the square of the length. The mechanical harmonics of this oscillation are therefore with one thin quartz very close together.

Bei der Anwendung dieser Quarze strebt man nicht nur eine gegebene Resonanzfrequenz, sondern auch gieichs«Ltig einen bestimmten, oft den ßriisstouiglichen Gütefaktor sowie einen bestimmten Wert de* äquivalenten Selbstinduktiv!tat an. Diese Eigenschaft hängt von der Form ds3 Kristalls, insbesondere von seiner Dicke ab. Beim Festlegen dieser Werte ist das Auftreten dieser vielen unerwünschten Schwingungsarten für den Anwender sehr hinderlich. . ' ··. ·In using these crystals, one doesn't just strive a given resonance frequency, but also at the same time a certain one, often the one that is dissociated Quality factor as well as a certain value de * equivalents Self-inductive! Did. This property depends on the shape of the crystal, especially its thickness away. When setting these values, the occurrence of these many undesirable types of vibration is for the user very cumbersome. . '··. ·

Das Ziel der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu mildern. BoI eint« piezoelektrischen Schwingquarz nach der Erfindung, der in einem DT-Scbnitt in Form eines rechtwinkligen Parallelflache ausgeschnitten ist, 1st das Verhältnis von Dicke zu Länge für ein gegebenes Verhältnis von Breite zu Länge zwischen bestimmten Grenzen ausgewählt, bei denen das Auftreten unerwünschter Resonanzformen verhindert wird. ';'.The aim of the invention is to alleviate these difficulties. BoI unites «piezoelectric quartz oscillator according to the invention, which is cut out in a DT cut in the form of a right-angled parallelepiped is, the ratio of thickness to length for a given ratio of width to length is between certain limits are selected at which the occurrence of undesirable resonance shapes is prevented. ';'.

In der einzigen Figur der Zeichnung is tr ala Beispiel in* •In·« Diagramm dargestellt, wie die Erfindung verwirklicht, werden kann.In the single figure of the drawing is tr ala example in * • The diagram shows how the invention is implemented, can be.

$09845/0984 bad omo_mAL $ 09845/0984 bad omo _mal

In dem dargestellten Koordinatensystem sind auf der Abszisse das Verhältnis R der Dicke E zur Länge L des Kristalls und auf der Ordinate der Wert C des Produkts aus der in Megahertz angegebenen Resonanzfrequenz F des Quarzes und der in Millimeter angegebenen Länge L des Kristalls aufgetragen.In the coordinate system shown are on the abscissa the ratio R of the thickness E to the length L of the crystal and, on the ordinate, the value C of the product of the in megahertz given resonance frequency F of the quartz and the length L of the crystal given in millimeters.

In einem solchen Koordinatensystem entsprechen die parallel zur Abszisse liegenden Strecken 2, 3» 4 und 5 Resonanzfrequenzen der gewünschten HauptSchwingungsart bei einem Verhältnis* A der Breito zur Länge des Kristalle von 0,175. Die Strecken 6, 7, 3 und 9 entsprechen Resonanzfrequenzen unerwünschter Schwingun^sarten bei diesem Wert von A. In gleicher Weise entsprechen die Strecken 11 und 12 Resonanzfrequenzen der erwünschten Hauptsehw^ngungsart bei einem Wert von A = 0,4, und die Strecken 13 und 14 entsprechen unerwünschten Schwingungsarten.In such a coordinate system, the lines 2, 3 »4 and 5 lying parallel to the abscissa correspond to resonance frequencies the desired main mode of vibration with a ratio * A of the Breito to the length of the crystal of 0.175. Lines 6, 7, 3 and 9 correspond to resonance frequencies undesirable modes of vibration at this value of A. In In the same way, the paths 11 and 12 correspond to resonance frequencies of the desired main oscillation type in one Value of A = 0.4, and the sections 13 and 14 correspond to undesired types of vibration.

Piese Kurven, die Ergebnisse systematischer Untersuchungen , Wiedergeben, erlauben es, Bereiche mit bräuchbaren Eigenschaften festzulegen.Piese curves, the results of systematic investigations, Play, allow areas with usable properties to be determined.

Man erkennt, dass sich bei einem Verhältnis von A = 0,4, das gewöhnlich bei Frequenzen unter 600 KHz verwendet wird, Schwingkrisca_Lle verwirklichen lassen, die in den Bereichen praktisch keine unerwünschten Resonanesteilen aufweisen, in denen das Verhältnis R der Dicke zur Länge zwischen 0,06 und 0,011 sowie zwischen 0,14 und 0,25 liegt.It can be seen that at a ratio of A = 0.4, which is commonly used at frequencies below 600 KHz, Schwingkrisca _L le can be realized, which have virtually no unwanted resonator cavity parts in the areas, in which the ratio R of the thickness to the length of is between 0.06 and 0.011 and between 0.14 and 0.25.

In gleicher Weise können bei einem Verhältnis von A = 0,175, das gewöhnlich bei Frequenzen bis zu etwa 1 MHz verwendet v,'ird, Schwingkristalle verwirklicht werden, die in folgenden 3ereichen keine unerwünschten Resonanzen aufweisen: 0,023 bis 0,027, 0,033 bis 0,042, 0,053 bis 0,075 und 0,09 bis 0,155.In the same way, with a ratio of A = 0.175, which is usually used at frequencies up to about 1 MHz, vibrating crystals are realized in the following 3ranges do not have any undesirable resonances: 0.023 to 0.027, 0.033 to 0.042, 0.053 to 0.075 and 0.09 to 0.155.

S09845/0984 _Bym S09845 / 0984 _Bym

⁸^D OR/GiNAL ⁸ ^ D OR / GiNAL

Wohlgemarkt wird bezüglich der unerwünschten Frequenzen eine umso bessere Entkopplung erzielt, je weiter d^ verwendeten Werte von R von den oben angegebenen Grenzen entfernt liegen.Wohlgemarkt, with regard to the undesired frequencies, the better the decoupling, the further d ^ values of R used are away from the limits given above.

Claims

909845/0984909845/0984

Claims

PatentansprücheClaims

1J Piezoelektrischer Schwingkristall aus Quarz, der in einem DT-Schnitt in Perm eines rechtwinkligen Parallelflachs ausgeschnitten ist, dadurch gekennzeichnet, das· das Verhältnis von Dicka zu Lunge für ein gegebenes Verhältnis von Breite zu Länge zwischen bestimmten Grensen ausgewählt ist, bei denen das Auftreten unerwünschter Resonanzformen verhindert wird.1J Piezoelectric oscillating crystal made of quartz, which is in a DT section in Perm of a right-angled parallelepiped, characterized in that the ratio of dicka to lung for a given ratio of width to length between certain sizes is selected in which the occurrence of undesirable forms of resonance is prevented.

2. Piezoelektrischer Schwingkristall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Breite zu Länge gleich 0,4 ist und dass die Grenzen zwischen 0,06 und 0,11 sowie zwischen O,H und 0,25 liegen.2. Piezoelectric oscillating crystal according to claim 1, characterized in that the ratio of width to length is equal to 0.4 and that the limits are between 0.06 and 0.11 and between O, H and 0.25.

3. Piezoelektrischer Schwingkristall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Breite zu Länge gleich 0,175 let und dass die Grenzen zwischen 0,02? und 0,027, zwischen 0,033 und 0,042, zwischen 0,053 und 0,075 und zwischen 0,09 und 0,155 liegen.3. Piezoelectric oscillating crystal according to claim 1, characterized in that the ratio of width to length equal to 0.175 let and that the limits are between 0.02? and 0.027, between 0.033 and 0.042, between 0.053 and 0.075 and between 0.09 and 0.155.

BAD ORiGfNAk- 909845/0984 '* Λ ^^

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