精密晶体及其振荡器的物理基础

  精密晶体及其振荡器在时频测控方面是应用数量最多的频率源，其中的恒温晶体振荡器ocxo和温度补偿晶体振荡器TCXO是具有较高附加值的频率控制器件，已被普遍应用于国防院所、空管航天、测量、电力、通讯等各个领域，作为关键器件而具有很大的发展潜力。同时，不同的晶体振荡器也是影响面很广泛的信息产业的墓础和很重要的器件。它们被大量用作多种设备的标准或时钟。我国的晶体生产厂家众多，但是从事精密晶体研究和生产的部门不多.主要集中于一些部属的研究所。近年来由于通信业和军工方面的发展及需求，我国精密晶体及其振荡器需求量有了明显的增长。由于国内精密晶体的生产工艺、设备和技术落后而很难适应，因此不但严重影响了我国ocxo和TCXO的生产，并造成了我国目前的精密晶体振荡器市场主要被美国、欧洲、日本和韩国的企业占领的局面。

  我们在晶体和振荡器基础知识的背景下，将重点介绍一下国外的金属壳冷压焊精密晶体、国外在OCXO设计和生产中可以借鉴的技术、一些国家在TCXO的生产方面的技术发展趋势等。石英晶体是一种各向异性的二氧化硅结晶体,两端呈角锥形，中间是一个六面体，如图所示。

 其中，Z轴为过两顶端轴线，又称为光轴;X和Y处于与Z轴垂直的晶体六边形横截面上，X轴为六边形的对角连线(或其平行线)，又称电轴;Y轴则与六边形的对边互为垂直线，又称机械轴。石英晶体具有正、逆压电效应，即沿某一些机械轴(Y)或者电轴(X)对其施加压力时，则在与它们垂直的两个表面上产生异号电荷.其值与机械压力产生的形变位移成正比;反之，若在晶体两面之间加一电场，则根据电场方向的不同，晶体将沿电轴(X)或者机械轴(Y)延伸或压缩。其延伸或压缩量与电场强度成正比。上述正、逆压电效应就是石英晶体可以用作谐振器的物理基础。