DE2116078B2

DE2116078B2 - Piezoelektrische längsschwingende Quarz kristallplatte

Info

Publication number: DE2116078B2
Application number: DE19712116078
Authority: DE
Inventors: Jirzi Dipl.-Ing. Reichenberg Zelenka (Tschechoslowakei)
Original assignee: Tesla AS
Current assignee: Tesla AS
Priority date: 1970-04-20
Filing date: 1971-04-02
Publication date: 1975-03-27
Also published as: NL7104491A; DE2116078A1; FR2089930A5; GB1299056A

Description

3. das Breiten-Längen-Verhältnis der Quarzkristallplatte (A) im Bereich zwischen 0,32 und 0,50 liegt.

2. Piezoelektrische längsschwingende Kristallplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kante, welche die Länge der Quarzkristallplatte fßj begrenzt, abgeschrägt isi.

eÄngenS in dem Bereich von 0.3 bis heben verschiebt sich der Temperaturumkehrpunk. < Hn, der Kurve des Temperaturkoeffmenten der Reso-TL n der Kopplungswirkung zwischen

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische langs-Schwingende Kristallplatte mit Elektroden für die Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Richtung der Plattendicke.

Für die Frequenzstabilisierung der Kristalloszillatoren und für die Konstruktion der Kristallfilter im Frequenzbereich ve;. 50 bis 200 kHz werden heutzutage piezoelektrische Quarzkristallstäbe oder Platten, deren Orientierung gegenüber der orthogonalen Achse V des Kristallsystems einen Winkel von 'twa + 5° aufweist, oder piezoelektrische Kristallplattcn mit MT-Schnitt benutzt. Für den Frequenzbereich von 90 bis 35OkHz werden auch quadratische oder rechteckige Schwingquarzplatten mit DT- und GT- bzw. CT-Schnitt verwendet. Besonders vorteilhafte Eigenschaften kann man mit Schwingquarzstäben erzielen, deren Orientierung der orthogonalen Achse X gegenüber einen Winkel von + 5° bildet. Der Nutzbereich der rechteckigen Schwingquarzplatten, deren Orientierung der Achse Y gegenüber einen Winkel von + 5° aufweist, ist wegen des beträchtlich ungünstigen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz viel kleiner. Obwohl bei d?n Kristallschwingern mit MT-Schnitt sehr vorteilhafte Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz erzielt werden können, ist die Erzeugung dieser Kristallschwinger wegen ihrer komplizierten Winkelorientierung recht schwierig.

Die Erzeugung der Kristallschwinger mit dem GT-Schnitt ist ebenfalls sehr schwierig. Bei den Kristallschwingern mit DT- und CT-Schnitt, die am häufigsten durch quadrat- oder kreisförmige Kristallplättchen gebildet werden, werden Querschwingungen (ScherungsschwinRungen) ausgenutzt. Der Gütefaktor Q dieser Kristallschwingcr ist in der Regel etwas niedriger als bei den längsschwingenden Kristallplatten. Die Kurve des Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz der stabförmigen Kristallschwinger, welche einen Orientierungswinkel von + 5° gegenüber der Achse X aufweisen, hat die Form einer Parabel, deren Scheitel, welcher der Temperaturkehrpunkt Hm genannt wird, dem Wert der Temperatur von etwa 50⁰C entspricht. Bei den Kristallplattenschwingern, welche dieselbe Resonanzfrequenz weroeii die piezoelektrischen langsschwmSden Quarzkristallplatten, welche einen oSferungswinkel von + 5° gegenüber der Achse Y ,- aufwe se™ in manchen Schwingungserzeugern und be-^S sonde s in Siebschaltungen benutzt, hauptsächlich wegen ihre beträchtlich niedrigeren Indukt.v.tat und ,„- ?eT Ersatzreihenwiderstands, die bei den stabförmige,, Knstallschwingern nicht erzielt werden können. Eine breUe Abnutzung dieser piezoelektrischen Längsschwingungskristallplatten wird jedoch durch den obenerShmen unvorteilhaften Tem^n..-koeff«,en. ten der Resonanzfrequenz verhindert.

Bei piezoelektrischen Kristallen der organ.schcn ,c Chemie insbesondere bei Äthylendiam.ntartrat. ,st es "⁵ bekannt, daß sich günstige Temperaiurkoeffiz.enien der Resonanzfrequenz durch besondere Lagen der Knsu !schnitte erreichen lassen. Die Literatur-berichtet hierüber in der österreichischen Patentschrift 81 624. ,o in den schweizerischen Patentschritten 2 88 572 und .95 226. in der britischen Patentschrift 6 5^073 sow.e Γη den USA.-Patentschriften 22 92 885 und 24 d4 328. Obwohl dieses seit Jahrzehnten bekannt ist hat die Fachwel- es nicht vermocht, bei den piezoelektrischen „ Quarzkristallplatten. die gegenüber den p.ezoelekmsehen Schwingern aus Kristallen der organischen Chemie erhebliche Vorteile aufweisen, den ungunstigen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz der Plattenkristallschwinger aus Quarz zu beseitigen^ Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den ungünstigen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz dieser Plattenkristallschwinger zu beseitigen, jedoch die niedrigen Werte der Induktivität und des Ersatzreihenwiderstands zu erhalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ,, , . . , 1 die Ausdehnung der Quarzkr.stallplatte A in der Dickenrichtung einen Winkel mit der X-Achse des Kristalls einschließt, der kleiner als Γ ist, 2. die Ausdehnung der Quarzkristallplatte A in der

Längsrichtung mit der V-Achse des Kristalls einen Winkel zwischen 10° und 20° einschließt und 3. das Breiten-Längen-Verhältnis der Quarzkristall-

platte A im Bereich zwischen 0,32 und 0,50 liegt. Von besonderem Vorteil kann es sein, daß wenigstens eine Kante, welche die Länge der Quarzkristallplatte begrenzt, abgeschrägt ist.

Das Wesen der Erfindung ist an Hand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsf >o beispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäßc Orientierung der Quarzkristallplatte,

F i g. 2 die Quarzkrisiallplatte mit abgeschrägten

Kanten,

6s F i g. 3 die Abhängigkeit des Temperaturkehrpunkts von dem Breiten-Längen-Verhältnis der erfindungsgemäßen piezoelektrischen längsschwingenden Quarzkristallplatte bei verschiedenen Orientierungswinkeln der

Länge der Quarzkristallplatte gegenüber der Achse V des Kristallsystems,

In F i g. 1 sind die orthogonalen Hauptachsensystenie mit X, Kund Zbezeichnet. Die Quarzkristallplatte A ist hier in einem möglichen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Winkelorientiemng gegenüber den orthogonalen X-, Y- bzv/. Z-Achsen gezeigt. Die Länge I der Quarzkristallplatte A bildet mit der positiven Richtung der orthogonalen Achse Kdes Kristallsystems einen Winkel ψ, dessen Wert erfindungsgemäß im Bereich zwischen 10° und 20° liegt. Die Dicke 1 der Quarzkristallplatte A schließt mit der orthogonalen Achse X des Kristallsystems einen Winkel ein, dessen Wert kleiner als Γ ist. Das vorteilhafteste Verhältnis der Breite w und der Länge /der Quarzkristallplatte A liegt im Bereich zwischen den Werten 0,32 und 0,50.

Bei der in Fig.2 veranschaulichten Quarzkristallplatte ßsind beide Kanten, welche die Länge /der Platte beschränken, unter einem Winkel ψ abgeschrägt.

Die in Fig.3 dargestellten parabolischen Kurven der Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz der Quarzkristallschwinger /eigen die Abhängigkeit des Temperaturumkehrpunktes Hm in Grad Celsius von dem Verhältnis der Breite w zur Länge / der längsschwingenden Quarzkristallplatte A oder B bei verschiedenem Orientierungswinkel φ der Länge /der Kristallplatte A oder B gegenüber der positiven Richtung der orthogonalen Achse Y des kristallographischen Hauptachsensystems.

Die erfindungsgemäßen piezoelektrischen längsschwingenden Quarzkristallplatten sind besonders für die Frequenzstabilisierung von Vakuumröhrenschwingungserzeugern und für die Konstruktion von Kristallfilterschaltungen, die für die Nennfrequenz im Bereich zwischen 50 und 200 kHz bestimmt sind, geeignet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

3 2i 16078 Patentansprüche; L Piezoelektrische längsschwingende Kristallplatte mit Elektroden für die Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Richtung der Plattend'icke, dadurch gekennzeichnet, daß

1. die Ausdehnung der Quarzkristallplatte (A) in der Dickenrichtung einen Winkel mit der X-Achse des Kristalls einschließt, der kleiner als 1° ist,

2. die Ausdehnung der Quarzkristallplatte (A) in der Längsrichtung mit der V-Achse des Kristalls einen Winkel zwischen 10° und 20° einschließt und