石英晶体谐振器时间轴和历史

从早期对石英及其peizo效应的观察,石英晶体谐振器的发展经过了多年的努力才达到现在的水平。


石英晶体历史包括:
石英水晶时间表/历史的晶体类型


有时,观察石英晶体是如何发展的,以及它的时间轴内的一些重要日期是很有趣的。从最早的发现,在电气和电子历史的开端,一直到现在。

早期的石英晶体谐振器单元体积大而笨重,但今天的石英晶体谐振器要小得多。它们被装在密封的罐子里,甚至可以在表面安装包装中获得。

石英晶体的风格发生了变化,它们的性能在几乎所有方面都有了显著的提高。

选择复古石英晶体

石英晶体谐振器

石英晶体利用压电效应将电畴与石英晶体本身的非常高的Q共振联系起来。

使用这些晶体可以制造出特别高性能的谐振器,今天考虑到它们的性能,这些晶体的成本可以非常低。显然,高容差晶体的价格较高,但许多低成本晶体被用于电子设计和制造的许多领域。

这些晶体广泛应用于各种领域,从微处理器板、pc等时钟振荡器的谐振元件,到射频设计的晶体振荡器,以及电压控制晶体振荡器vcxo、温度补偿晶体振荡器tcxo和非常高性能的烘箱控制晶体振荡器ocxo。

SMD石英晶体
现代表面贴装石英晶体谐振器

鉴于它们的广泛和普遍使用,看看这些组件多年来是如何发展的是一件有趣的事情。

关于石英晶体谐振器的注意事项:

石英晶体已成为当今电子器件的重要组成部分,以低成本提供高性能谐振器。这些元件被用作许多电子设计的谐振元件,从微处理器时钟振荡器到射频振荡器设计,高性能稳定振荡器,也在晶体滤波器中。

阅读更多关于石英晶体谐振器技术。

石英晶体谐振器时间轴

下表给出了石英晶体在无线电和电子电路设计中使用历史上的一些主要里程碑。

多年来,石英晶体谐振器在电子设计中的应用发展迅速。从早期主要用于射频设计,它们已经越来越广泛地应用于其他电子领域。

石英晶体谐振器
时间线和历史:-关键日期
一年 时间表的细节
古希腊时期 石英从很早的时候就被许多人所了解和关注;清澈如水的石英晶体被古希腊人称为krystallos。
1530 石英这个名字是一个古老的德语单词。它的起源不确定,但似乎是在这个时期由乔治亚·阿格里科拉(Georgius Agricola)首先使用的。
1880 雅克和皮埃尔·居里注意到并研究了石英中的压电效应。
1893 开尔文勋爵进一步研究了石英晶体中的压电效应,并给出了压电常数的数值。
1917 振荡器是由贝尔实验室的亚历山大·尼科尔森使用罗谢尔盐开发的,并在1918年申请了专利。
1918

保罗·朗之万(Paul Langevin)研究了用从石英晶体中切割的薄片来开发用于探测潜艇的早期声纳系统。这个制度直到1918年以后才完善。

在这项工作中,朗之万使用x切割的石英片来产生并检测水中的声波。

1918 - 1921 bell Labourites的A W Nicholson和卫斯理大学的W G Cady教授都研究了压电振荡器。
1921 卫斯理大学的W. G. Cady教授为石英晶体振荡器申请了专利。在这项专利中,他使用石英晶体谐振器来控制振荡器的频率,他还描述了使用石英棒和板作为频率标准和滤波器。人们普遍认为Cady是第一个使用石英晶体来控制振荡器电路频率的人。
1923 哈佛大学教授G·W·皮尔斯开发了一种晶体振荡器电路,该电路将晶体置于阀门/真空管的栅极和阳极之间。这是皮尔斯振荡器配置的前身。
1925 西屋电气为他们广播电台KDKA的主振荡器安装了一个晶体振荡器。
1925 范戴克研制了石英晶体谐振器的等效电路。
1926 许多其他广播电台使用晶体控制振荡器来控制他们的信号频率。随着越来越多的电台开始广播,频道分配开始变得越来越近,对频率控制的需求变得越来越重要。
1926 Y切割水晶最早被发现和使用。在此之前,X切割石英晶体是唯一使用的形式。研究发现,尽管X切割晶体的温度系数约为-20ppm/°C,而Y切割晶体的温度系数约为+100ppm/°C,但这表明不同的切割可能会表现出不同的温度系数。
1926年左右 业余无线电实验人员开始使用石英晶体作为发射机的主振荡器。与LC调谐振荡器相比,这些振荡器能够从振荡器获得更高的输出,这意味着在他们的设计中需要更少的阀/管。由于当时阀门/管道的成本很高,这是一个主要的考虑因素。石英晶体也提供了更稳定的信号。
1927 贝尔实验室的Warren Marrison开发的第一个石英晶体振荡器标准。
1934 石英晶体谐振腔的AT和BT切割首次被发现。这些削减是由美国的Lack, Willard和Fair,日本的Koga和德国的Bechmann和Straubel独立发现的。
复古石英晶体谐振器- FT243
复古FT243石英晶体谐振器
1950 贝尔实验室开发了一种用于商业规模生长石英晶体的热液过程。
1956 人工生长的石英被广泛使用。
1968 北美航空公司的于尔根·斯托德发明了一种用于制造石英晶体振荡器的光刻工艺。这使得它们可以被制造得足够小,可以用于手表等便携式产品。
1974 由R Holland提出的SC切割石英晶体理论。这个概念在这个阶段并没有实现,只是在理论上提出。
1976 第一个SC切割晶体成为可用。它们主要用于烘箱控制的晶体振荡器,因为它们在烘箱控制的振荡器运行的温度下有最佳的温度系数。

早期石英晶体谐振器的构建

现代石英晶体现在使用高度复杂的制造技术。在某些领域,它们与半导体制造有相似之处。两者都使用化学蚀刻等技术来获得最高的精度。

如今,现代石英晶体被密封在密封的包装中,以确保最低程度的老化。

然而,情况并非总是如此,早期的石英晶体被夹在两块弹簧板之间,这些弹簧板并没有以任何方式进行很大的密封。

古董石英晶体谐振器- P5拆卸展示板和石英晶体元素
古董P5石英晶体谐振器拆除显示石英谐振器本身

对于较老的石英晶体单元,只需简单地拧开几个螺丝就可以拆卸它们。虽然它们可能被保护起来,不受主要灰尘和其他物体的影响,但它们没有被大气密封,因此,老化等规格不会像现代晶体共振器那样好。

甚至还可以把它们从夹子里拿出来摆弄。虽然它们可以用有机溶剂清洗,但这仍然会导致化学物质进入晶格并导致频率变化。

调整一些较老的晶体谐振器的频率

然而,它的一个优点是可以“调整”频率。研究发现,在晶体上留下一个小铅笔芯(石墨)标记会稍微降低它的频率。


石英晶体谐振器技术虽然没有硅、集成电路等其他电子相关技术的投入,但它在电子工业中发挥着非常重要的作用。随着历史的发展,还会有更多的日期加入时间表。

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