在目前研磨工艺条件下,AT切型基频一般都在50MHz以下,个别的企业可达到70Mhz,要再提高基频的数值就比较困难了。为了扩展高频使用范围,生产上广泛采用泛音频率。AT切型泛音石英晶体元件的频率范围已达到350MHz,今后还将继续提高。泛音晶振元件对石英片厚度平行度及表面光洁度都有更高的要求。下面介绍通用泛音石英片的设计(频率从25.0MHz~250MHz)。
1.石英片直径的选择
根据频率的高低和石英晶体谐振器谐振电阻及外盒的要求:对HC-49/型外盒其直径有Φ8.5,Φ8.0、Φ7.0、Φ6.5等;对Um-1和Um-5型外盒有Φ5.5、Φ50、Φ4.5、Φ4.0等。由于泛音石英片的修外形工艺不能采用滚筒倒边,因滚倒不能保证平面平行度,实在要倒边只能采用R碗研磨的方法,这样就妨碍了生产效率的提高。
2.厚度t的计算
AT切型泛音石英片厚度t的计算公式如下
T= ; (3.4.16)式中,n为泛音次数。一般当f为25.0MHZ~75MHz时,采用3次泛音;当f为750MHz~125MHz时,采用5次泛音;f为125.0MHz~210MHLz时,采用7次泛音;f为210.0MHz~250MHz时,采用9次泛音。
3.因为频率较高,>75,故可采用平面石英片。
4.切角φ1的选择
当n=3时,φ1比基频提高7.5′;当n=5、7、9时,φ1比三次泛音再增加1′~2′。
石英片设计中的相似性原理
在一般工程设计中,利用相似性原理,可以使计算大为简化。所谓相似性原理,就是两个性质完全相同的物体,当它们的外形一样而尺寸成比例时,则这两个物体的频率也有同样的比例关系。在贴片晶振元件设计中,也采用这个原理,但应该注意,用这个方法计算得到的结果还需要经过实验验证。
1.圆片相似性原理的应用:
已知原设计石英晶体晶片的直径为Φ1,厚度t1,曲率半径为R1,电极半径r1;新设计石英片的直径为Φ2,厚度t2,曲率半径为R2,电极半径r2,根据相似性原理,它们之间的关系则为
2.矩形片相似性原理的应用
已知原设计矩形石英片的长度为l1,厚度为t1,宽度为w1,而新设计矩形石英晶体振荡器晶片的长度为l2,厚度为t2,宽度为w2,根据相似性原理,它们之间的关系则为:
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