DE756196C

DE756196C - Verfahren zum Abgleichen des Frequenz-Temperaturkoeffizienten eines piezoelektrischen Kristalls

Info

Publication number: DE756196C
Application number: DEJ61955A
Authority: DE
Inventors: Gerald Warner Willard
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1936-04-22
Filing date: 1937-04-28
Publication date: 1953-02-16
Also published as: US2268365A; GB479637A; DE735908C; GB471465A; FR820889A; US2123236A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abgleichen des Temperaturkoeffizienten der Schwingungsfrequenz einer rechteckigen piezoelektrischen Kristallplatte, deren Frequenz im wesentlichen von den Abmessungen ihrer Hauptflächen abhängt, ohne daß bei dem Verfahren eine wesentliche Veränderung der Frequenz der Kristallplatte erfolgt.

Gemäß der Erfindung werden eine oder beide der gegenüberliegenden, zur elektrischen Achse parallelen Hauptflächen einer rechteckigen Kristallplatte teilweise oder in ihrem ganzen Ausmaß derart abgeschliffen,

daß neue, zur elektrischen Achse und gegebenenfalls zueinander parallele Ebenen entstehen, die mit der optischen Achse einen gegenüber den ursprünglichen ebenen Hauptflächen um geringe Beträge so veränderten Winkel einschließen, daß der Abgleich des Frequenztemperaturkoeffizienten verbessert wird.

Es ist bekannt, daß der Temperaturkoeffizient der Frequenz von dem Winkel abhängt, den die Hauptflächen der Kristallplatte mit der optischen Achse einschließen. Von dieser Erkenntnis ausgehend, macht es die Erfindung möglich, den Temperaturkoeffizienten der

Frequenz zu ändern, bei möglichster Konstanz der Frequenz selbst.

In der nachstehenden Beschreibung bedeuten in üblicher Weise X₃ Y und Z die elektrisehe, die mechanische und die optische Achse eines piezoelektrischen Kristalls. Die orthogonalen Achsen X', Y' und Z' ergeben die Richtungen der Flächen eines piezoelektrischen Körpers, welcher eine bestimmte Orientierung hinsichtlich der Achsen X₃ Y und Z besitzt. Wo die Orientierung durch eine Drehung um die elektrische oder X-Achse erhalten wird, wird als Orientierungswinkel Θ der Winkel zwischen der optischen Achse Z und der Achse Z' bezeichnet.

Wenn eine oder zwei einander nicht gegenüberliegende Hälften der Hauptflächen 2 und 3 des in den Abb. 1 und 2 dargestellten Kristalls ι gleichmäßig abgeschliffen werden, und zwar in dem Bereich I₃ so daß neue Ebenen 30 und 32 entstehen, so wird der wirksame Orientierungswinkel Θ etwas erhöht und der Temperaturkoeffizient der Frequenz etwas in positiver Richtung geändert. Werden andererseits eine oder zwei einander nicht gegenüberliegende Hälften der Hauptflächen 2 und 3 gleichmäßig in dem Bereich D abgeschliffen, so daß neue Ebenen 34 und 36 entstehen, so wird der wirksame Orientierungswinkel Θ leicht herabgesetzt und der Temperaturkoeffizient der Frequenz etwas in negativer Richtung geändert. Wenn man also bei dem bestimmten Kristall 1, der ursprünglich in bekannter Weise so geschnitten wurde, daß der Temperaturkoeffizient der Frequenz den Wert Null haben sollte, feststellt, daß er doch einen kleinen negativen oder positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweist, so kann er in den Bereichen / oder D abgeschliffen werden, wodurch der Temperaturkoeffizient der Frequenz genau auf Null gebracht werden kann.

Die eben 'abgeschliffenen Bereiche / und D können einen größeren oder kleineren Teil einer jeden Elektrodenfläche 2 und 3 umfassen oder sich im wesentlichen über die halbe Fläche erstrecken, wie es bei 30, 32, 34 und 36 in den Abb. 1 und 2 dargestellt ist. Wenn die gesamten sich gegenüberliegenden Flächen eben abgeschliffen sind, so können die daraus entstehenden neuen Ebenen einander parallel sein, aber einen geringerenAbstand haben* wie es durch die Ebenen 38 und 39 in der Abb. 2 angedeutet ist. Der wirksame Orientierungswinkel Θ und der Temperaturkoeffizient der Frequenz des Kristalls 1 können bei dicken Platten über einen größeren Bereich als bei dünnen verändert werden.

Die Verringerung der Stärke des Kristalls 1 durch ebenes Abschleifen der Hauptflächen 2 und 3, um den wirksamen Orientierungswinkel und den Temperaturkoeffizienten der Frequenz zu ändern, bewirkt nur eine kleine Veränderung der Frequenz, da die Frequenz des Kristalls nicht von der Stärke, sondern in erster Linie von den Abmessungen der Hauptflächen 2 und 3 abhängig ist. Soll nach dem Abgleich des Temperaturkoeffizienten eine bestimmte Änderung der Frequenz erfolgen, so muß dazu eine Methode gewählt werden, die nicht wieder den Temperaturkoeffizienten beeinflußt. Die in der Literatur beschriebenen Methoden zum Abgleich der Frequenz durch Anbringen einer Rinne oder durch Verbreitern von Teilen des Kristalls gegenüber anderen eignen sich wegen der Beeinflussung des Temperaturkoeffizienten hierzu nicht, dagegen kann in diesem Zusammenhang von einem Vorschlag zur Frequenzverminderung Gebrauch gemacht werden, demzufolge der mittlere Teil oder der Knotenbereich der Hauptflächen um einen bestimmten Betrag dünner gemacht wird, und zwar durch Ausschleifen von symmetrischen sphärischen Höhlungen 40 und 42 in der Abb. i. Die Frequenz des Kristalls 1 kann danach durch symmetrisches Abschleifen des Randes einer jeden Hauptfläche 2 und 3 wieder erhöht werden, wie bei 44 und 45 in der Abb. 1 dargestellt ist. Während die Frequenz des Kristalls χ auch durch Abschleifen einer oder aller vier Kanten 4 bis 7 erhöht werden kann, wodurch die Elektrodenflächen 2 und 3 verringert werden, verändert das vorhin beschriebene Verfahren zur Erhöhung oder zur Herabsetzung der Frequenz die Frequenz weniger, als wenn die Kanten abgeschliffen werden. Wenn eine Platte durch symmetrisches Ausschleifen der Mitte oder der Randzone dünner gemacht wird, kann die Frequenz auf einen bestimmten Wert herab- oder heraufgesetzt werden, ohne daß der wirksame Orientierungswinkel oder der Temperaturkoeffizient der Frequenz verändert wird.

Claims

PaTENTANSPKÜCHE:

i. Verfahren zum Abgleichen des Frequenztemperaturkoeffizienten einer rechteckigen piezoelektrischen Kristallplatte, bei der die Frequenz in erster Linie von den Abmessungen ihrer Hauptflächen abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der gegenüberliegenden, zur elektrischen Achse parallelen Hauptflächen der Kristallplatte teilweise oder in ihrem ganzen Ausmaß derart abgeschliffen werden, daß neue, zur elektrischen Achse und gegebenenfalls zueinander parallele Ebenen (30, 32 oder 34, 36 bzw. 38, 39) entstehen, die mit der optischen Achse einen gegenüber den ursprünglichen ebenen

Hauptflächen um geringe Beträge so veränderten Winkel einschließen, daß der Abgleich des Frequenztemperaturkoeffizienten verbessert wird.
2. Verfahren zur Änderung der Frequenz einer nach dem Verfahren gemäß Anspruch ι in ihrem Frequenztemperaturkoeffizienten abgeglichenen rechteckigen Kristallplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Kristallplatte durch Ausschleifen von symmetrischen sphärischen Höhlungen im mittleren Teil oder im Knotenbereich der Hauptflächen verringert bzw. durch Dünnerschleifen ihrer Randzonen oder durch Abschleifen einer oder mehrerer Kanten erhöht wird.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

Deutsche Patentschrift Nr. 509162; USA.-Patentschriften Nr. 1 925 577, 2 018 246;

Zeitschrift für Hochfrequenztechnik, Nov. 1934, Heft 5, S. 145 ff., insbes. Abschnitt II, S. 153 ft"., insbes. Absatz b, S. 159 fr.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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