Scheibenförmiger piezoelektrischer Schwingquarz Zur Stabilisierung
der Frequenz bei Geräten der Nachrichtentechnik werden in neuer Zeit häufig Quarzkristalle
benutzt. Wenn solche Geräte in größeren Temperaturbereichen arbeiten sollen, z.
B. zwischen - 5o'1 und -f- 50°, so müssen besondere Anforderungen an die Kristalle
gestellt werden. Sie müssen so geschnitten sein, daß sie einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten
der Frequenz, wenn möglich, den Koeffizienten Null haben. Dadurch wird die Konstanz
der erzeugten Schwingungen auch in großen Temperaturbereichen ausreichend groß,
so daß in vielen Fällen auf besondere Anordnungen zur Konstanthaltung der Temperatur
verzichtet werden kann.Disc-shaped piezoelectric quartz oscillator for stabilization
quartz crystals have recently become the frequency of telecommunications equipment
used. If such devices are to work in larger temperature ranges, e.g.
B. between -5o'1 and -f- 50 °, special requirements must be met by the crystals
be asked. They must be cut so that they have a very small temperature coefficient
of the frequency, if possible, have the coefficient zero. This will make the constancy
the generated vibrations are sufficiently large even in large temperature ranges,
so that in many cases on special arrangements for keeping the temperature constant
can be dispensed with.
Es ist bereits bei zu Dickenschwingungen angeregten Quarzplatten,
deren Dickenabmessung senkrecht zu einer der elektrischen Achsen liegt, bekannt,
die Platten so zu schneiden, daß der Temperaturkoeffizient sehr klein wird. Bei
einem bekannten Schnitt, bei dem dieses erreicht wird, liegt der Neigungswinkel
der Dickenabmessung gegen die optische Achse zwischen -i- 36° und -h d.7° oder -
53° und - 58°. Bevorzugte Winkel sind -f- 4.i° oder - 5q.°.It is already in the case of quartz plates excited to vibrate thickness,
whose thickness dimension is perpendicular to one of the electrical axes, known,
to cut the plates so that the temperature coefficient becomes very small. at
a known cut in which this is achieved is the angle of inclination
the thickness dimension against the optical axis between -i- 36 ° and -h d.7 ° or -
53 ° and - 58 °. Preferred angles are -f- 4.i ° or -5q. °.
In neuerer Zeit gewinnen die Längsschwinger mehr und mehr an Bedeutung,
da auch im Langwellenbereich so hohe Anforderungen an die Frequenzkonstanz und die
Frequenzgenauigkeit gestellt werden, daß diese sich praktisch nur mittels Quarzsteuerung
erzielen lassen. Da die längs schwingenden Ouarzplatten einen wesentlich niedrigeren
Quarzverbrauch haben, wie die zu Dickenschwingungen
angeregten
Quarzkristalle gleicher Frequenz, werden neuerdings Längsschwingungen mehr und mehr
auch in dem Frequenzbereich oberhalb 3oo kHz eingesetzt. Damit bei hohen Frequenzen
die Quarzplatten nicht zu klein werden und sich noch technisch einwandfrei haltern
lassen, ist es hierbei von Bedeutung, daß die zu derartigen Längsschwingungen angeregten
Platten einen hohen Schwingungskoeffizienten besitzen, d. h. der Zahlenwert für
das Produkt aus Eigenfrequenz und der Plattendimension, wie Durchmesser oder ' Kantenlänge,
soll möglichst große werden. Je größer der Wert des Schwingungskoeffizienten ist,
desto höhere Frequenzen lassen sich mit längs schwingenden Platten praktisch brauchbar
anregen.In recent times the longitudinal oscillators have become more and more important,
because there are so high demands on the frequency constancy and the
Frequency accuracy can be made so that this is practically only possible by means of quartz control
can be achieved. Since the longitudinally oscillating Ouarz plates have a significantly lower
Quartz consumption, like that to have thickness oscillations
excited
Quartz crystals of the same frequency have recently become more and more longitudinal vibrations
also used in the frequency range above 300 kHz. So at high frequencies
the quartz plates do not become too small and still hold technically flawlessly
let, it is important here that the excited to such longitudinal vibrations
Plates have a high coefficient of vibration, i. H. the numerical value for
the product of the natural frequency and the plate dimension, such as diameter or edge length,
should be as large as possible. The greater the value of the vibration coefficient,
the higher frequencies can be practically usable with longitudinally oscillating plates
stimulate.
Es ist bereits bekannt, die bei den Winkeln t5 = i56-° 30' und ü =
33° auftretenden Nullstellen des Temperaturkoeffizienten der ersten Oberschwingung
von Platten des Schnittes Yü zu benutzen. Der Winkel e bezeichnet hierbei den Neigungswinkel
zwischen der optischen Achse und der Plattennormale oder auch den Winkel, den die
Plattenebene mit der Y-Achse bildet. Die Bezeichnung ist so gewählt, daß der Winkel
19, der kleiner als 9d° ist, auf der R-Seite, der Winkel e, der größer als 9o° ist,
auf der R'-Seite der natürlichen Rhomboederfiächen des Quarzes liegt. Bei diesen
Schnitten ist jedoch der Schwingungskoeffizient noch verhältnismäßig klein, so daß
man mit diesen Platten höhere Frequenzen praktisch nicht erregen kann.It is already known that at the angles t5 = i56- ° 30 'and ü =
33 ° occurring zeros of the temperature coefficient of the first harmonic
to use panels of cut Yü. The angle e here denotes the angle of inclination
between the optical axis and the plate normal or the angle that the
Forms plate plane with the Y-axis. The designation is chosen so that the angle
19, which is smaller than 9d °, on the R side, the angle e, which is greater than 9o °,
lies on the R 'side of the natural rhombohedral surfaces of the quartz. With these
However, the oscillation coefficient is still relatively small in sections, so that
it is practically impossible to excite higher frequencies with these plates.
Es hat sich nun herausgestellt, daß auch bei den höheren Harmonischen
quadratischer und runder Platten Nullstellen des Temperaturkoeffizienten vorhanden
sind. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die vierte Oberschwingung einer kreisförmigen
Platte des Yt9-Schnittes, bei der der Winkel e = 4.o° ist. Der Schwingungskoeffizient
beträgt hierbei N = 9528 kHz - mm. Der Temperaturkoeffizient wird verschwindend
klein. Dieser große Wert des Schwingungskoeffizienten ermöglicht, den Anwendungsbereich
der Längsschwingungen und die Grenzen zwischen den Dicken- und Längsschwingungen
bei Berücksichtigung eines geringen Aufwandes an Quarzmaterial nach höheren Frequenzen
hin beträchtlich zu verschieben.It has now been found that zero points of the temperature coefficient are also present in the higher harmonics of square and round plates. Of particular importance here is the fourth harmonic of a circular plate of the Yt9 section, where the angle e = 4.o °. The oscillation coefficient is here N = 9528 kHz - mm. The temperature coefficient becomes vanishingly small. This large value of the vibration coefficient makes it possible to shift the application range of the longitudinal vibrations and the limits between the thickness and longitudinal vibrations considerably towards higher frequencies, taking into account a small amount of quartz material.
Bei der Ausnutzung der zweiten Oberschwingung einer quadratischen
Platte, bei der eine Kante parallel zur elektrischen Achse verläuft, ergibt sich
bei dem Winkel von t7 = etwa 251 ein Schwingungskoeffizient von 7750 kHz
- mm. Wenn die vierte Oberschwingung ausgenutzt wird, besitzt eine quadratische
Platte mit dem Winkel = i5o'° einen Schwingungskoeffizienten von etwa io ooo kHz
-mm. Die vorerwähnten Platten lassen sich in der für Längsschwingungen bekannten
Weise haltern, etwa durch Auflöten im Schwingungsknotenpunkt auf Stempel. Die erwähnten
Oberschwingungen haben einen etwa dreimal so großen Schwingungskoeffizienten, wie
die bisher benutzten Eigenschwingungen der gebräuchlichsten Platten, so daß die
Ersparnis an Quarzmaterial beträchtlich ins Gewicht fällt, sofern man Längsschwinger
an Stelle von dickenschwingenden Platten verwendet. Da diese Schnitte auch einen
sehr kleinen Temperaturkoeffizienten des Quarzes mit sich bringen, stellen die gemäß
den vorstehenden Angaben hergestellten Quarzplatten einen beträchtlichen technischen
Fortschritt dar.When using the second harmonic of a square plate, with one edge running parallel to the electrical axis, the angle of t7 = approx. 251 results in a vibration coefficient of 7750 kHz - mm. If the fourth harmonic is used, a square plate with an angle = 150 ° has a vibration coefficient of about 10000 kHz - mm. The above-mentioned plates can be held in the manner known for longitudinal vibrations, for example by soldering onto stamps at the vibration node. The above-mentioned harmonics have a vibration coefficient that is about three times as large as the natural vibrations of the most common plates used up to now, so that the savings in quartz material are considerable if longitudinal oscillators are used instead of thick-vibrating plates. Since these cuts also result in a very small temperature coefficient for the quartz, the quartz plates produced according to the above information represent a considerable technical advance.
Die Abbildung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
der Erfindung. Die quadratische Platte P, deren Kanten K parallel zur elektrischen
Achse (X-Achse) verlaufen, ist unter einem Winkel * von etwa 25'° gegen die XY-Ebene
geneigt.The figure illustrates an embodiment of the object
the invention. The square plate P, whose edges K are parallel to the electrical
Axis (X-axis) run is at an angle * of about 25 '° to the XY plane
inclined.