To wyjaśnienie opisuje osie krystalograficzne syntetycznego kryształu kwarcu i różne rodzaje cięcia (AT, BT i SC) stosowane w produkcji kryształów kwarcu.
1. struktura krystaliczna kwarcu
Kwarc (SiO₂) krystalizuje w układzie trygonalnym. Struktura składa się z sieci tetraedrów SiO₄ ułożonych spiralnie wzdłuż osi Z (znanej również jako oś c).
2. osie krystalograficzne
Syntetyczny kryształ kwarcu ma następujące główne osie:
- osie a₁-, a₃-, a₃- (osie x): W jednej płaszczyźnie, 120° względem siebie.
- Oś Z (oś c): Odpowiada osi optycznej.
- Oś Y: Oś elektryczna, prostopadła do osi Z.
3. sekcja AT
Sekcja AT to sekcja nachylona (ok. 35,25°) względem osi Z w płaszczyźnie X-Z. Służy ona do wytwarzania stabilnych temperaturowo kryształów oscylacyjnych. Oscylacja odbywa się w płaszczyźnie płyty (tryb planarny).
4. inne rodzaje cięcia kwarcu
Porównanie najważniejszych rodzajów cięcia:
Cecha | Cięcie AT | Cięcie BT | Cięcie SC |
Kąt cięcia | ~35.25° względem Z | ~49° względem Z | ~34° względem Z, 22.5° względem Y |
Zachowanie w temperaturze | Bardzo dobre | Średnie | Doskonałe |
Stabilność częstotliwości | Dobra | Średnia | Bardzo wysoka |
Stabilność mechaniczna | Wysoka | Nieco niższa | Bardzo wysoka |
Zastosowanie | Standardowe kryształy oscylacyjne | Zegarki, korzystne | Podróże kosmiczne, urządzenia precyzyjne |
6. Użycie - które cięcie kwarcowe jest gdzie używane?
AT-Cut
Cięcie AT-Cut jest najczęściej stosowanym cięciem kryształów kwarcowych i jest używane do produkcji wszystkich naszych kryształów kwarcowych LRT (LOW ESR Resonator Technology). Kryształy AT-Cut charakteryzują się dobrą stabilnością temperaturową, niskim dryftem częstotliwości i szerokim zakresem zastosowań. Kryształy AT-cut mogą być bardzo dobrze zminiaturyzowane i są idealne do kryształów rezonansowych w zakresie 3,2 - 285 MHz.
Tolerancja częstotliwości przy +25°C dla naszych kryształów kwarcowych AT-Cut wynosi ±10 ppm przy +25°C. Starzenie mieści się w zakresie ±10 ppm po 10 latach. W zakresie temperatur -20/+70°C, najwęższa możliwa stabilność temperaturowa wynosi ±10 ppm, w zakresie -40/+85°C ±15 ppm, w zakresie -40/+105°C = ±30 ppm, a ±50 ppm w zakresie temperatur -40/+125°C.
Kryształ oscylacyjny AT spełnia zatem wszystkie wymagania, nawet w przypadku bardzo precyzyjnych aplikacji radiowych (pasmo ISM, WiFi itp.).
BT-Cut
BT-Cut jest starym kątem cięcia i był używany w przeszłości, gdy kąt cięcia AT nie był jeszcze tak rozwinięty. Kryształy oscylacyjne BT-Cut miały większą stabilność temperaturową niż kryształy AT-Cut, ale mogły być produkowane taniej w szerokim zakresie częstotliwości niż kryształy AT-Cut. Kryształy kwarcowe BT-Cut nie są już obecnie produkowane - zostały całkowicie zastąpione przez kryształy kwarcowe AT-Cut.
SC-Cut
Kąt cięcia SC-Cut (Stress Compensated Cut) to podwójnie obracane cięcie kwarcowe, które oferuje doskonałą stabilność temperaturową, bardzo niskie starzenie i niezwykle wysoką stabilność długoterminową. Jest on stosowany w szczególności w precyzyjnych oscylatorach, takich jak OCXO, gdzie najmniejsze odchylenia częstotliwości są krytyczne (np. w telekomunikacji, 5G, odniesieniach GPS, technologii pomiarowej itp.)
OCXO to oscylatory kryształowe sterowane piekarnikiem, w których wewnętrzny "piekarnik" służy do utrzymywania kryształu SC-cut w stałej idealnej temperaturze. Ta idealna temperatura mieści się w zakresie 80-85°C, gdzie kryształ SC ma również swój cykl 0. Inną szczególną cechą kryształów kwarcowych SC-Cut w OCXO są tryby oscylacji. Na przykład w OCXO częstotliwości kwarcu SC o częstotliwości 5 lub 10 MHz nie są realizowane w podstawowej, ale w 5. harmonicznej. Dlaczego? Chodzi o C1 lub pojemność dynamiczną. Kryształ w piątej harmonicznej ma znacznie mniejszą pojemność C1 niż kryształ podstawowy, dzięki czemu kryształ cięty SC w OCXO oscyluje znacznie dokładniej.
