DE1916941B2

DE1916941B2 - PIEZOELECTRIC QUARTZ

Info

Publication number: DE1916941B2
Application number: DE19691916941
Authority: DE
Inventors: Jacques Paris Veyrier
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-04-03
Filing date: 1969-04-02
Publication date: 1977-12-01
Also published as: FR1576402A; GB1268225A; DE1916941A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Schwingquarz, der in einem DT-Schnitt in Form eines rechtwinkligen Parallelflachs aufgeschnitten istThe invention relates to a piezoelectric quartz oscillator, which in a DT section in the form of a right-angled parallelepiped is cut open

DT-Schnitte sind bei Schwingquarzen allgemein bekannt; bei diesem Schnitt wird ein rechtwinkliges Plättchen aus einem Quarzeinkristall geschnitten, dessen lange Seite im wesentlichen parallel zur elektrischen Achse des Kristalls verläuft und dessen Hauptflächen in einem Winkel zwischen —47° und —53° zur optischen Achse, also zur Z-Achse des Kristalls liegen. Bei solchen Quarzkristall können neben der Nutzfrequenzschwingung auch Schwingungen mit unerwünschten Frequenzen auftreten.DT cuts are well known for quartz crystals; this cut becomes a right-angled Plate cut from a single crystal of quartz, the long side of which is essentially parallel to the electrical axis of the crystal and its main surfaces at an angle between -47 ° and -53 ° to the optical axis, i.e. to the Z-axis of the crystal. With such quartz crystal you can In addition to the useful frequency oscillation, oscillations with undesired frequencies also occur.

In der DTPS 9 12 709 und in der OE-PS 1 84 609 ist aufgeführt, daß durch eine spezielle Auswahl der Abmessungen des Schwingquarzes das Entstehen unerwünschter Nebenwellen im Quarz verhindert werden kann. Es läßt sich jedoch feststellen, daß an Hand der in den genannten Druckschriften enthaltenen allgemeinen Anweisungen keine Schwingquarze hergestellt werden können, die mit Sicherheit keinerlei Nebenresonanzen zeigen.In the DTPS 9 12 709 and in the OE-PS 1 84 609 it is stated that by a special selection of the Dimensions of the quartz oscillator prevents unwanted secondary waves from occurring in the quartz can be. It can be stated, however, that on the basis of the information contained in the documents mentioned According to general instructions no quartz crystals can be manufactured, which certainly do not have any Show secondary resonances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von optimal nebenresonanzfreien Schwingquarzen in einfacher Weise zu ermöglichen.The invention is based on the object of producing oscillating crystals that are optimally free of secondary resonance in a simple way to enable.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Parallelflach bei einem Verhältnis von Breite zu Länge von 0,4 ein Verhältnis von Dicke zu Länge in den Bereichen zwischen 0,06 und 0,11 sowie 0,14 und 0,25 und bei einem Verhältnis von Breite zu Länge von 0,175 ein Verhältnis von Dicke zu Länge in den Bereichen zwischen 0,023 und 0,027,0,033 und 0,042, 0,053 und 0,075 sowie 0,09 und 0,155 aufweistThis object is achieved according to the invention in that the parallelepiped at a ratio of Width to length of 0.4 a ratio of thickness to length in the ranges between 0.06 and 0.11 as well 0.14 and 0.25 and with a width to length ratio of 0.175 a ratio of thickness to length in the ranges between 0.023 and 0.027, 0.033 and 0.042, 0.053 and 0.075, and 0.09 and 0.155

Bei Einhaltung dieser speziellen Bemessungsangaben für einen Schwingquarz zeigt sich eine sehr gute Nebenresonanzfreiheit, die sich insbesondere bei der Anwendung in Filter- und Oszillatorschaltungen als vorteilhaft erweist. Die physikalischen Ursachen dieser Nebenresonanzfreiheit sind theoretisch nicht vollständig erklärbar. Es scheint so zu sein, daß der Quarzkristall bei anderen Abmessungsverhältnissen als den oben angegebenen Verhältnissen nicht in seiner Gesamtheit mit einem einzigen Schwingungstyp schwingt, sondern daß im Kristall mechanische Schwingungsausbreitungen ^r> ir. gewissen Richtungen auftreten, die Wellen entstehen lassen, die zu Reflexionen an den Außenflächen des Kristalls mit Schwingungsbäuchen und Schwingungsknoten führen; gewisse Bereiche des Quarzkristalls schwingen also unabhängig außerhalb des Nutzfre-H) quenzbandes, wobei Teilbereiche, in denen Störschwingungen auftreten, mechanische Energie verbrauchen und den Gütefaktor und somit den Wirkungsgrad eines Quarzoszillators verschlechtern, da eine mechanische Kopplung zwischen dem Nutzschwingungstyp, bei- !·"> spielsweise einer Scherungsschwingung, und einem Störschwingungstyp, beispielsweise einer Biegeschwingung, vorhanden ist.If these special dimensioning specifications for a quartz oscillator are adhered to, there is very good freedom from secondary resonance, which proves to be particularly advantageous when used in filter and oscillator circuits. The physical causes of this absence of secondary resonance cannot be fully explained theoretically. It seems to be such that the quartz crystal in other dimensional relationships does not vibrate as the above conditions in its entirety by a single vibration mode, but that ^r> ir. Certain directions occur in the crystal mechanical vibration propagation which will generate waves of reflections the outer surfaces of the crystal with antinodes and nodes; So certain areas of the quartz crystal vibrate independently outside the useful frequency band, whereby sub-areas in which disturbing vibrations occur consume mechanical energy and degrade the quality factor and thus the efficiency of a quartz oscillator, since a mechanical coupling between the useful vibration type > For example, a shear vibration, and a disturbance vibration type, for example a bending vibration, is present.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist als Beispiel in einem Diagramm dargestellt, wie ein nach der Erfindung ausgebildeter Schwingquarz verwirklicht werden kann.In the single figure of the drawing is shown as an example in a diagram, as one after the Invention trained quartz oscillator can be realized.

In dem dargestellten Koordinatensystem sind auf der Abszisse das Verhältnis Ader Dicke £zur Länge Ldes Kristalls und auf der Ordinate der Wert Cdes 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, the ratio of the thickness to the length L of the crystal is plotted on the abscissa and the value C of the product of the resonance frequency F of the quartz given in megahertz and the length L of the crystal given in millimeters is plotted on the ordinate.

In einem solchen Koordinatensystem entsprechen die parallel zur Abszisse liegenden Strecken 2, 3, 4 und 5 ίο Resonanzfrequenzen der gewünschten Hauptschwingungsart bei einem Verhältnis A der Breite zur Länge des Kristalls von 0,175. Die Strecken 6, 7, 8 und 9 entsprechen Resonanzfrequenzen unerwünschter Schwingungsarten bei diesem Wert von A. In gleicher r> Weise entsprechen die Strecken 11 und 12 Resonanzfrequenzen der erwünschten Hauptschwingungsart 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 of the desired main mode of oscillation with a ratio A of the width to the length of the crystal of 0.175. Paths 6, 7, 8 and 9 correspond to resonance frequencies of undesired types of vibration at this value of A. In the same way, paths 11 and 12 correspond to resonance frequencies of the desired main vibration type at a value of A = 0.4, and paths 13 and 14 correspond to undesired types of vibration.

Diese Kurven, die Ergebnisse systematischer Unter- Ai) suchungen wiedergeben, erlauben es, Bereiche mit brauchbaren Eigenschaften festzulegen.Play investigations these curves, the results of systematic under- Ai), allow to define areas with useful properties.

Man erkennt, daß sich bei einem Verhältnis von A = 0,4, das gewöhnlich bei Frequenzen unter 600 KHz verwendet wird, Schwingkristalle verwirklichen lassen, 4·; die in den Bereichen praktisch keine unerwünschten Resonanzstellen 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 with a ratio of A = 0.4, which is usually used at frequencies below 600 KHz, oscillating crystals can be realized, 4 ·; which have practically no undesirable resonance points in the areas in which the ratio R of the thickness to the length is between 0.06 and 0.011 and between 0.14 and 0.25.

In gleicher Weise können bei einem Verhältnis von V) A = 0,175, das gewöhnlich bei Frequenzen bis zu etwa 1 MHz verwendet wird, Schwingkristalle verwirklicht werden, die in folgenden Bereichen 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.
■» Wohlgemerkt wird bezüglich der unerwünschten Frequenzen eine um so bessere Entkopplung erzielt, je weiter die verwendeten Werte von R von den oben angegebenen Grenzen entfernt liegen.In the same way, with a ratio of V) A = 0.175, which is usually used at frequencies up to about 1 MHz, oscillating crystals can be realized which have no undesirable resonances in the following ranges: 0.023 to 0.027, 0.033 to 0.042, 0.053 to 0.075 and 0.09 to 0.155.
■ »It should be noted that with regard to the undesired frequencies, the better the decoupling, the further the values of R used are from the limits given above.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

A piezoelectric quartz crystal which is cut out in a DT-section in the shape of a rectangular ⁿ \ rallelflachs, characterized; »Indicates that the parallelepiped with a ratio of width to length of 0.4 has a ratio of thickness to length in the ranges between 0.06 and 0.11 as well as 0.14 and 0.25 and with a ratio of width to length of 0.175 has a ratio of thickness to length in the ranges between 0.023 and 0.027, 0.033 and 0.042, 0.053 and 0.075 and 0.09 and 0.155.