Technologický lexikon společnosti Petermann

Režimy oscilací křemenných krystalů

Vibrační krystaly mohou pracovat v různých mechanických vibračních režimech. Ty se liší geometrií, frekvenčními charakteristikami, teplotním chováním a vhodností pro určité aplikace.

1. ohybové vibrace (režim ohybu / ohybový režim)

  • Frekvenční rozsah: obvykle < 100 kHz
  • Použití: většinou v krystalech ladicích vidlic s frekvencí 32,768 kHz
  • Výhody: nízká spotřeba energie, kompaktní
  • Zvláštní vlastnost: mechanicky citlivý na nárazy a vibrace

2. podélný režim (podélné kmitání)

  • Frekvenční rozsah: většinou v rozsahu kHz až nízkých MHz
  • Směr oscilace: podél podélné osy křemenného krystalu.
  • Typické řezy: řez X, řez Y
  • Nevýhody: poměrně silná závislost na teplotě

3. torzní kmitání (torzní mód)

  • Používá se spíše zřídka
  • Torzní kmitání kolem osy krystalu
  • Složitá geometrie a obtížná kontrola

4. smykový režim (obvykle se používá u křemenných krystalů MHz)

  • Nejdůležitější režim pro vysokofrekvenční aplikace
  • Typické řezy: zejména AT řez, také BT řez
  • Směr pohybu: posunutí rovnoběžných rovin krystalu proti sobě.
  • Výhody: malá závislost na teplotě, vysoká frekvenční stabilita.

Obrázek ukazuje příklad různých vibračních režimů křemenných krystalů:

Oscilační krystaly AT-Cut - Jaký režim oscilace?

Křemen AT-Cut je nejčastěji používaný křemenný výřez pro oscilační krystaly do cca 285 MHz (k dispozici pouze u společnosti PETERMANN-TECHNIK GmbH) v základním tónu.

Použitý typ oscilace:

  • Základní kmitání v režimu rovinného střihu (Thickness Shear Mode).

Vlastnosti AT-Cut:

  • Rovina kmitání: rovnoběžná s křemennou deskou
  • Směr kmitání: Smyk ve směru povrchu desky.
  • Frekvenční rozsah: obvykle do 285 MHz (základní režim) k dispozici pouze u společnosti PETERMANN-TECHNIK GmbH.
  • Teplotní chování: téměř teplotně kompenzovaný rozsah v blízkosti 25 °C
  • Výhody:
    • Velmi dobrá frekvenční stabilita
    • Nízké stárnutí
    • Nízká citlivost na vnější vlivy

Souhrn

Tvar vibrací

Popis

Typické aplikace

Použité křemenné profily

Ohybové vibrace

deflekce jako paprsek

krystaly ladicích vidliček, hodiny

tvar ladicích vidliček

Podélné kmitání

deformace po délce

nízkofrekvenční filtry

X-řez, Y-řez

Torzní vibrace

otáčení kolem osy

speciální aplikace

různé

Smykové vibrace

Posuvný pohyb rovnoběžných rovin

Vysokofrekvenční, hodiny, komunikace

AT-řez, BT-řez

Na obrázku je symbolicky znázorněno chování křemenného krystalu MHz v AT-Cut:

Režim oscilací při tloušťkovém smyku v řezu AT (nebo AT řez) je nejčastěji používaným režimem oscilací pro křemenné krystaly.