DE941499C

DE941499C - Piezo-electric quartz crystal plate

Info

Publication number: DE941499C
Application number: DEN9024A
Authority: DE
Inventors: Jacobus Petrus Beijersbergen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-06-10
Filing date: 1954-06-06
Publication date: 1956-04-12

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine viereckige, piezo-elektrische Quarzkristallplatte solcher Abmessungen, daß der Kristall Scherschwingungen vollführen kann.The invention relates to a square, piezo-electric Quartz crystal plate of such dimensions that the crystal perform shear vibrations can.

Eine der in der Praxis den Quarzkristallen zu stellenden Anforderungen ist die, daß die »Aktivität« des Kristalles in einem breiten Temperaturgebiet z. B. zwischen - 5o° und -i- 9o° C ilahezu konstant ein soll oder wenigstens einen bestimmten Minimalpegel überschreiten soll. Die »Aktivität« kann dadurch bestimmt werden, daß der Kristall in Zusammenarbeit mit einem als Standard eingerichteten Röhrenoszillator- in Schwingung versetzt und der Gitterstrom der Röhre gemessen wird.One of the practical requirements for quartz crystals is that the "activity" of the crystal in a wide temperature range z. B. between -5o ° and -i- 9o ° C almost constant a should or at least one should exceed a certain minimum level. The "activity" can thereby be determined that the crystal is set up in collaboration with a standard Tube oscillator - set in motion and the grid current of the tube is measured will.

Es ergibt sich, daß bei vielen der im übrigen gut arbeitenden Quarzkristalle erwähnter Art die Aktivitätskurve (der Gitterstrom der Oszillatorröhre als Funktion der Temperatur des Kristalles) eine oder mehrere große Einsenkungen aufweist, wodurch diese Kristalle nicht gut brauchbar sind. Der infolgedessen auftretende Ausfall bei der Herstellung kann sehr erheblich sein.It turns out that many of the otherwise well-working quartz crystals of the type mentioned, the activity curve (the grid current of the oscillator tube as a function the temperature of the crystal) has one or more large depressions, whereby these crystals are not very useful. The failure that occurs as a result in manufacturing can be very significant.

Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil praktisch ganz beseitigt, wenn die Begrenzung des Randes der Kristallplatte längs mindestens einer ihrer vier Kanten gemäß einer konkav gekrümmten Linie verläuft. Vorzugsweise sind alle vier Ränder konk-iv. Es ergibt sich, daß bei dieser Formgebung der Ausfall aus vorerwähntem Grunde auf einige Prozente ,herabgesetzt werden kann.According to the invention, this disadvantage is practically completely eliminated, if the boundary of the edge of the crystal plate along at least one of its four Edges running along a concave curved line. Preferably all are four Edges concave-iv. It turns out that with this shape the failure of the aforementioned Basically, it can be reduced to a few percent.

Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, an Hand deren der durch die Erfindung erzielbare Vorteil näher erläutert wird.Fig. I shows an embodiment of the invention, and Fig. 2 is a graph showing the advantage that can be achieved by the invention is explained in more detail.

Die in Fig. i dargestellte Kristallplatte ist annähernd quadratisch -mit einer Seitenkante von z. B. 12 mm und einer Stärke von 15 mm. Der Schnitt und die Abmessungen des Kristalles sind derart gewählt, daß der Kristall bei Erregung durch einen Röhrenoszillatox Dickenschersehwingungen vollführt und daß dabei die Temperaturabhängigkeit der erzeugten Frequenz (Temperaturkoeffizient) einen günstigen niedrigen Wert aufweist (unter anderem bei AT- und BT-Schnitten).The crystal plate shown in Fig. I is approximately square -with a side edge of z. B. 12 mm and a thickness of 15 mm. The cut and the dimensions of the crystal are chosen so that the crystal performs thickness shear vibrations when excited by a tube oscillator and that the temperature dependence of the generated frequency (temperature coefficient) has a favorable low value (including AT and BT cuts).

Wie aus Fig. i ersichtlich ist, verläuft der Rand der Platte auf den vier Seiten gemäß einer konkav, d. h. nach innen abgebogenen Linie. Vergleichsweise ist die rein quadratische Form gestrichelt angegeben; die Sehne a ist von der Größenordnung von o, i mm.As can be seen from Fig. I, the edge of the plate runs on the four sides according to a concave, d. H. line bent inwards. Comparatively the purely square form is indicated by dashed lines; the chord a is of the order of magnitude of o, i mm.

In Fig. a ist mit II die »Aktivitätskurve« des Kristalles nach Fig. i bezeichnet; diese ist die Kurve, welche den Gitterstrom i, der mit dem Kristall zusammenarbeitenden Oszillatorröhre eines Prüfstandardoszillators als Funktion der Temperatur t des Kristalles darstellt. Bei der -Herstellung hat der Kristall ursprünglich die in Fig. i gestrichelt dargestellte Form; die durch diese Form erzielte Aktivitätskurve ist in Fig. z mit I bezeichnet. Die waagerechte Linie III deutet den Pegel an, 'unterhalb dessen die Aktivität nicht sinken darf. Die Figur zeigt, daß diese Anforderung durch die Formgebung gemäß der Erfindung erfüllt werden kann (Kurve II).In Fig. A, the "activity curve" of the crystal according to Fig. i denotes; this is the curve showing the lattice current i associated with the crystal cooperating oscillator tube of a test standard oscillator as a function of Represents temperature t of the crystal. When the crystal was made, it was originally the form shown in dashed lines in FIG. the activity curve achieved by this shape is denoted by I in FIG. The horizontal line III indicates the level, 'below whose activity must not decrease. The figure shows that this requirement is due the shaping according to the invention can be met (curve II).

Die Wirkung der Maßnahme gemäß der Erfindung läßt sich dadurch erklären, daß angenommen wird, daß die Verringerung der Aktivität dadurch entsteht, daß Obertöne anderer Schwingungsformen, deren Grundfrequenzen wesentlich niedriger sind als die der gewünschten Schwingungsform, z. B. Dickenschwingung und Biegeschwingung, mit der gewünschten Schwingung interferieren. Da die Temperaturabhängigkeit dieser niedrigeren Schwingungsformen von der der gewünschten Schwingurig abweicht, werden nur bei bestiriamten Temperaturen die Schwingungsformen einander entgegenwirken; an diesen Stellen wird die Aktivitätskurve eine Einsenkung aufweisen.The effect of the measure according to the invention can be explained by that it is assumed that the decrease in activity is due to overtones other waveforms whose fundamental frequencies are significantly lower than the desired waveform, e.g. B. Thickness vibration and bending vibration, with interfere with the desired oscillation. Because the temperature dependence of this lower Waveforms deviating from the desired Schwingurig are only confirmed by certain Temperatures that counteract each other; in these places will the activity curve shows a dip.

Es hat sich ergeben, daß die Aktivität der niedrigeren Schwingungsformen und deren Obertöne durch die konkave Form der Ränder der Kristallplatte stark verringert wird; die Aktivität der gewünschten Schwingungsform wird jedoch praktisch nicht beeinträchtigt. Dies ergibt also, daß die Aktivitätsfehler des Kristalles, wie aus Fig. a ersichtlich ist, praktisch vollkommen beseitigt werden können.It has been found that the activity of the lower waveforms and their overtones are greatly reduced by the concave shape of the edges of the crystal plate will; however, the activity of the desired waveform is practically not impaired. So this shows that the activity error of the crystal, as from Fig. A can be seen can be eliminated practically completely.

Prüfungen haben erwiesen, daß bereits die konkave Form eines der Ränder eine Verbesserung mit sich bringt, welche zunimmt, wenn mehrere Ränder eingeschliffen werden. Es ist von der Größe des in der rein quadratischen Platte vorhandenen Aktivitätsfehlers abhängig, wieviel der vier Ränder nachgeschliffen werden müssen. Eine weitere Verbesserung kann sich manchmal dadurch ergeben, daß die Ränder mit einer gleichfalls gekrümmten Facette - versehen und/oder die Eckpunkte etwas abgerundet werden.Tests have shown that the concave shape of one of the edges brings with it an improvement which increases when several edges are ground in will. It is of the size of the error of activity present in the purely square plate depends on how much of the four edges need to be reground. Another improvement can sometimes result from the fact that the edges are also curved with a Facet - provided and / or the corner points are slightly rounded.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Piezo-electric quartz crystal plate in the form of a square with dimensions such that the crystal can perform shear vibrations, characterized in that the edge of the crystal plate runs along at least one of its four sides according to a concave curved line. a. Piezo-electric quartz crystal plate according to claim i, characterized in that the four edges of the plate are ground to be concave. 3. Piezo-electric quartz crystal plate according to claim i or 2, characterized in that at least one of the edges is verseben with a curved facet.