Deze uitleg beschrijft de kristallografische assen van een synthetisch kwartskristal en de verschillende slijpvormen (AT, BT en SC slijpvorm) die gebruikt worden bij de productie van kwartskristallen.
1. kristalstructuur van kwarts
Kwarts (SiO₂) kristalliseert in het trigonale kristalsysteem. De structuur bestaat uit een netwerk van SiO₄ tetraëders gerangschikt in een spiraal langs de Z-as (ook wel de c-as genoemd).
2. kristallografische assen
Een synthetisch kwartskristal heeft de volgende hoofdassen:
- a₁-, a₃-, a₃-assen (x-assen): In één vlak, 120° ten opzichte van elkaar.
- Z-as (c-as): Komt overeen met de optische as.
- Y-as: Elektrische as, loodrecht op de Z-as.
3. AT-doorsnede
De AT-sectie is een schuine sectie (ongeveer 35,25°) tegen de Z-as in het X-Z-vlak. Het wordt gebruikt om temperatuurstabiele oscillerende kristallen te produceren. De oscillatie vindt plaats in het plaatvlak (vlakke modus).
4. andere kwarts slijpvormen
Een vergelijking van de belangrijkste slijptypes:
Eigenschap | AT snijden | BT snijden | SC snijden |
Snijhoek | ~35.25° tegen Z | ~49° tegen Z | ~34° tegen Z, 22.5° tegen Y |
Temperatuurgedrag | Zeer goed | Middelmatig | Uitstekend |
Frequentie stabiliteit | Goed | Middelmatig | Zeer hoog |
Mechanische stabiliteit | Hoog | Licht lager | Zeer hoog |
Toepassing | Standaard oscillerende kristallen | horloges, gunstig | Ruimtevaart, precisieapparaten |
6. gebruik - welke kwartssnede wordt waar gebruikt?
AT-snede
De AT-snede is de meest gebruikte kristalsnede voor kwartskristallen en wordt gebruikt voor de productie van al onze LRT-kwartskristallen ( LOW ESR Resonator Technology). AT-geslepen kristallen worden gekenmerkt door een goede temperatuurstabiliteit, een lage frequentiedrift en een breed toepassingsgebied. AT-cut kristallen kunnen zeer goed geminiaturiseerd worden en zijn ideaal voor resonantiekristallen in het bereik van 3,2 - 285 MHz.
De frequentietolerantie bij +25°C voor onze AT-geslepen kwartskristallen is ±10 ppm bij +25°C. Veroudering is ±10 ppm na 10 jaar. Over het temperatuurbereik van -20/+70°C is de kleinst mogelijke temperatuurstabiliteit ±10 ppm, over -40/+85°C ±15 ppm, over -40/+105°C = ±30 ppm, en ±50 ppm over het temperatuurbereik van -40/+125°C.
Het AT oscillerende kristal voldoet dus aan alle eisen, zelfs voor zeer nauwkeurige radiotoepassingen (ISM band, WiFi, etc.).
BT-Cut
De BT-Cut is een oude snijhoek en werd in het verleden gebruikt toen de AT snijhoek nog niet zo ver ontwikkeld was. BT-geslepen oscillerende kristallen hadden een grotere temperatuurstabiliteit dan AT-geslepen kristallen, maar konden goedkoper worden geproduceerd in een breed frequentiebereik dan AT-geslepen kristallen. BT-geslepen kwartskristallen worden tegenwoordig niet meer gemaakt - ze zijn volledig vervangen door AT-geslepen kwartskristallen.
SC-geslepen
De SC-Cut snijhoek (Stress Compensated Cut) is een dubbel geroteerde kwarts snede die een uitstekende temperatuurstabiliteit, zeer lage veroudering en extreem hoge stabiliteit op lange termijn biedt. Het wordt vooral gebruikt in precisieoscillatoren zoals OCXO's, waar de kleinste frequentieafwijkingen kritisch zijn (bijv. in telecommunicatie, 5G, GPS-referenties, meettechnologie, enz.)
OCXO's zijn Oven Controlled Crystal Oscillators, waarbij een interne "oven" wordt gebruikt om het geslepen kristal op een constante ideale temperatuur te houden. Deze ideale temperatuur ligt in het bereik van 80 - 85°C waar het SC-geslepen kristal ook zijn 0-cyclus heeft. Een andere speciale eigenschap van de SC-geslepen kwartskristallen in OCXO's zijn de oscillatiemodi. Bijvoorbeeld, in OCXO's worden SC-kwartsfrequenties met 5 of 10 MHz niet gerealiseerd in de grondtoon, maar in de 5e harmonische. Waarom? Het heeft te maken met de C1 of dynamische capaciteit. Een kristal in de 5e boventoon heeft een veel kleinere C1 dan een fundamenteel kristal, zodat het SC-geslepen kristal in de OCXO veel nauwkeuriger oscilleert.
