石英晶体谐振器和振荡器

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1、石英晶体谐振器和振荡器用于频率控制和计时（美）JohnR.Vig著王骥胡文科译宁波大学压电器件技术实验室原序为什么编这本教材Einstein曾说“凡事均应做得尽可能简单，而不只是比较简单”。本“教材”的主要目的是尽可能简单的介绍频率控制与计时中最常碰到的一些基本概念。我经常被请求向精密振荡器的参观者、管理部门的领导和潜在用户作介绍，我也经常被邀请出席各种会议并参加对大学、电气与电子工程师协会和各种专业组的论文的评价工作。在开始时，我要花很多时间去准备材料，大多数时间均花在一些图表直观材料的准备上。随着积累的图表越来越多，材料的准备就

2、变得越来越容易。由于经常需要对这些图表进行“费力的复制”工作，我就开始编写和增加一些文字说明并填写在所收集图表的空白处。随着收集的图表逐渐增多，我开始接受建设性意见，同时需要进行更多的复制工作。显然，其他人员也发现这样的收集工作是有用的。最后我编写了这本“教材”。这是一个不断发展的工作。我计划加入新材料，加入另外的发现。欢迎为将来的修订提出意见和建议。目录第一章应用和要求.............................................................4第二章石英晶体振荡器..........

3、.........................................12第三章石英晶体谐振器...................................................23第四章振荡器的稳定度...................................................41第五章石英材料的特性...................................................89第六章原子频率标准............................

4、...........................98第七章振荡器的比较和技术指标.................................111第八章时间和守时.........................................................117第九章相关器件和设备.................................................128第一章应用和要求石英晶体在电子学上的应用军用和航天应用工业应用民用通讯通讯手表和钟导航电视通讯无线电话敌我识别系统轻便式

5、、分区式、手提式家用电话雷达无线电设备和电话无线电设备和高频设备传感器航空，航海彩电制导系统导航便携电视系统引信仪器家用计算机电子战计算机VCR和电视摄象机声纳浮标数字系统业余无线电台研究和工艺阴极射线显示器玩具和游戏机原子钟软盘起搏器仪器调制解调器其他医用设备天文学和大地测量标签/标志自动化空间跟踪公用事业引擎控制，收音机，钟天体导航传感器Trip计算机，GPS石英晶体器件市场工艺年产量单价全世界年交易额石英晶体~200亿~$1~$12亿($0.1—3000)原子频率标准氢钟~10$200000$2百万铯射束的频率标准~500$5

6、0000$2千5百万铷电池的频率标准~60000$2000$1亿2千万导航对于精确导航来说，精确时间是最重要的。在历史上，导航曾是人类研究更好时钟的主要动力。甚至在远古时代，人们已能够通过观测星球的位置来测量纬度，但是，要确定经度，这个问题就变成了计时问题了。由于地球旋转一周要花24小时，所以人们能够根据当地的时间（由太阳位置确定）和格林威治子午圈的时间（由某一时钟确定）的时间差来确定经度。oo经度（）=(360/24h)×Δt(h)在1714年，英国政府对第一个生产出能够测定6个星期航海30海哩的航船经度的时钟（即准确度为每年3秒

7、的时钟）赏以20000英镑的奖金。英国人JohnHarrison于1735年成功的发明了天文钟而得到了这笔钱。今天的电子导航系统还要求更高的精确度。由于光（无线电波）每微秒传播300米，比如，航船的计时误差为1ms，则导航误差为300km。在全球定位系统中，卫星中的原子钟和接收机中的石英晶体振荡提供纳秒级的精确度。最后的（全球）导航精确度大约为10m（见第8章关于GPS的详细介绍）。商用双路无线电台过去，由于商用双路无线电台用户数目的增长，信道间隔已经变窄，较高频率的频谱必须分配来适应这种需要，由于发射机和接收机来说，较窄的信道间隔

8、和较高的工作频率均要求严格的频率容限。1940年只有几千台商用广播电台的发射机投入使用，500ppm的容限就足够了。今天，工作在800MHz以上的步话机，必须保持2.5ppm的频率容限或更高。896~961MHz和935~940MHz