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Quarzkristallalterung: Langzeitstabilität und Genauigkeit

Quarzkristallalterung: Langzeitstabilität und Genauigkeit


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Quarzkristallresonatoren werden in Filtern und Oszillatoren als Hochleistungsresonanzkreise verwendet.

Diese Resonatoren sind für ihre hohe Leistung und Stabilität bekannt, ändern jedoch ihre Frequenz im Laufe der Zeit geringfügig, was als Alterung bekannt ist.

Obwohl die Frequenzschwankungen gering sind, sind sie dauerhaft und können sich in einigen Anwendungen auswirken, bei denen die Frequenzgenauigkeit von großer Bedeutung ist.

Es ist möglicherweise möglich, die Änderungen zu minimieren, die sich aus der Alterung des Quarzkristalls während des Herstellungsprozesses und im Gebrauch ergeben.

Grundlagen der Alterung von Quarzkristallen

Die Alterung von Quarzkristallen wird durch viele verschiedene Faktoren verursacht. Differnet-Kristalle altern unterschiedlich schnell und dies kann auf eine Reihe von Faktoren zurückgeführt werden: einige im Herstellungsprozess und einige aufgrund ihrer Verwendung.

  • Kristalloberflächenänderung:
  • Kristallgitterkontamination:
  • Thermische Effekte:
  • Drahtermüdung:
  • Reibungsverschleiß:
  • Antriebspegel:

Der Alterungsgrad kann sowohl bei der Herstellung als auch bei der Verwendung auf verschiedene Weise minimiert werden:

  • Verringerung der Alterung in der Herstellung: Während der Herstellung sollten sie in einer Inertgasumgebung eingekapselt werden. Die Sicherstellung sollte eine gute Abdichtung aufweisen, damit keine anderen Gase eindringen können. Auch die letzten Schritte der Herstellung des Kristallrohlings müssen so fein wie möglich vorbereitet werden. Anstatt den Rohling zu läppen, um ihn auf die richtigen Abmessungen zu bringen, wird chemisches Ätzen verwendet. Auf diese Weise wird die minimale Störung des Kristallgitters verursacht, und dies verringert das Eindringen von Verunreinigungen im Laufe der Zeit, die Alterung verursachen.
  • Reduzierung des Alterns im Gebrauch: Das Design der Schaltung, in der der Kristall verwendet wird, wirkt sich ebenfalls aus. Wenn Sie die Laufwerkspegel wieder niedrig halten, wird die Kristallalterung geringer.

Wie erwartet variieren die Änderungsraten der Kristallfrequenz mit der Zeit nach der Herstellung. Die maximale Frequenzänderungsrate tritt unmittelbar nach der Herstellung auf und fällt danach ab. Als Richtlinie wird festgestellt, dass es innerhalb der ersten 45 Betriebstage am schnellsten ist. Trotzdem gibt es während der gesamten Lebensdauer des Kristalls immer einen gewissen Alterungsgrad. Angesichts der Tatsache, dass die größte Änderungsrate unmittelbar nach der Herstellung erfolgt, werden Artikel mit hoher Toleranz einige Zeit vor dem Versand ausgeführt. Bei Artikeln mit sehr hoher Toleranz kann sich dies auf einige Betriebsmonate erstrecken.

Sobald sich die Alterungsrate eingestellt hat, können typische Zahlen für viele Typen angegeben werden. Es zeigt sich, dass eine der Hauptvarianten die Art der verwendeten Kapselung ist. Die beiden häufigsten Einkapselungsmethoden für Durchgangslochkristalle sind Widerstandsschweißen und Kaltschweißen. Diese ergeben typischerweise Werte von ungefähr 5 ppm (parts per million) für eine versiegelungsschweißversiegelte Kapselung und 2 ppm für eine kaltschweißversiegelte Kapselung unter Verwendung eines HC43 / U-Halters. Beide bewegen sich nach unten. In einigen Fällen können auch glasverkapselte Kristalle gefunden werden. Diese neigen dazu, sich nach oben zu bewegen und können eine Toleranz oder etwas weniger als 5 ppm haben. Es gibt auch eine Vielzahl von oberflächenmontierten Kristallen. Eine typische Kunststoffverpackung oder eine Glasnahtschweißverpackung kann etwa ± 5 ppm ergeben, während eine Metallnahtschweißverpackung weniger als 3 ppm ergeben kann.

Wenn der Kristall im gleichen Kreislauf und bei der gleichen Temperatur gehalten wird, können sich die Alterungseffekte nach einigen Betriebsjahren stabilisieren. Wenn diese jedoch geändert werden, kann sich die Alterungsrate ändern. Es kann sogar die Richtung ändern.

Alterungseffekte minimieren

Die Sauberkeit der Umgebung des Kristalls ist eine der Hauptmethoden zur Verringerung der Alterung. Es ist daher unbedingt darauf zu achten, dass das Kristallpaket oder die Einkapselung ohnehin nicht beschädigt wird. Die Dichtung darf nicht beschädigt oder die Stifte verbogen werden, da dies die Dichtung beschädigen kann.

Wenn eine sehr hohe Leistung erforderlich ist, werden die Oszillatoren häufig vorgealtert, d. H. Bei Temperatur betrieben, um sicherzustellen, dass der Zeitraum der maximalen Alterungsrate überschritten wurde, bevor das Gerät geliefert wird.

Die Auswirkungen der Alterung des Quarzkristallresonators sind immer vorhanden. Infolgedessen ist es notwendig, Verfahren zur Feineinstellung der Frequenz in Schaltkreisen bereitzustellen, in denen die Frequenzgenauigkeit von größter Bedeutung ist. Es ist auch eine regelmäßige Kalibrierung erforderlich, bei der die Frequenzgenauigkeit wichtig ist. In vielen Schaltkreisen ist das Problem möglicherweise nicht wichtig. Um die Auswirkungen der Kristallalterung zu minimieren, können die richtigen Kristalle gekauft werden, und dann kann jeder Schaltkreis so ausgelegt werden, dass die Auswirkungen minimiert werden. Auch das Halten des Kristalls auf einer konstanten Temperatur hilft.


Schau das Video: Enhydro Quarzkristall,mit bubble + Brandberg,Namibia (Juni 2022).


Bemerkungen:

  1. Narain

    Gut gemacht, diese Idee geht

  2. Fenrilar

    Ich gratuliere, es scheint mir, dass dies die großartige Idee ist

  3. Belden

    Welche notwendigen Wörter ... Super, eine großartige Phrase



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