I. Prefazju
Oxxillaturi tal-kristall, bħala komponenti tal-kontroll tal-frekwenza tal-qalba, jintużaw ħafna f'tagħmir industrijali, sistemi ta 'monitoraġġ tas-sigurtà, apparat mediku, elettronika tal-karozzi, apparat domestiku intelliġenti, u oqsma oħra. Minn perspettiva makro, il-kostruzzjoni ta 'infrastruttura ta' informazzjoni globali hija intrinsikament marbuta mal-iżvilupp ta 'ossillaturi tal-kristall. Dan l-artikolu janalizza b'mod sistematiku l-evoluzzjoni teknoloġika tal-oxxillaturi tal-kristall-mill-iskoperta tal-effett pjeżoelettriku għal ppakkjar fuq skala nano--li jiżvela kif mexxew il-progress teknoloġiku tal-bniedem permezz ta' erba' rivoluzzjonijiet industrijali.
II. L-Istorja tal-Iżvilupp tal-Oxxillaturi tal-Kristall
1. Il-Perjodu ta' Kjarifika Teknoloġika
Fl-1880, l-aħwa Jacques u Pierre Curie skoprew li l-applikazzjoni ta 'stress mekkaniku għal pjanċi tal-kristall tal-kwarz ġġeneraw spostament ta' ċarġ elettriku, u ppropona l-kunċett tal-effett pjeżoelettriku.
Prinċipju tal-Effett Pjeżoelettriku: Meta tiġi applikata pressjoni għal materjali pjeżoelettriċi, tiġi ġġenerata differenza potenzjali elettrika (magħrufa bħala l-effett pjeżoelettriku dirett). Bil-maqlub, l-applikazzjoni tal-vultaġġ tipproduċi stress mekkaniku (il-effett pjeżoelettriku invers). Jekk il-pressjoni tinvolvi-vibrazzjoni ta' frekwenza għolja, tiġġenera kurrent elettriċi ta'-frekwenza għolja. Meta sinjali elettriċi ta'-frekwenza għolja jiġu applikati għaċ-ċeramika pjeżoelettrika, dawn jipproduċu sinjali akustiċi ta'-frekwenza għolja (vibrazzjonijiet mekkaniċi), komunement magħrufa bħala sinjali ultrasoniċi.
Fl-1918, Paul Langevin riċerka bl-użu ta 'pjanċi tal-kristall tal-kwarz biex jiżviluppa sistemi ta' sonar bikrija għall-iskoperta ta 'sottomarini. Dan kien jinvolvi l-integrazzjoni ta 'funzjonijiet multipli ta' sonar għal ipproċessar ta 'informazzjoni komprensiva u kontroll ċentralizzat biex jintlaħqu rekwiżiti tattiċi, inkluż is-sejba tad-direzzjoni tal-ħsejjes, firxa ta' eku, skoperta tal-polz sonar, identifikazzjoni tal-mira u twissija tat-torpidows. Langevin uża pjanċi tal-kwarz X-cut biex jiġġenera u jiskopri mewġ tal-ħoss taħt l-ilma.
Fl-1921, il-Professur WG Cady ta 'l-Università ta' Wesleyan ipprivattiva l-ossillatur tal-kristall tal-kwarz. Il-privattiva tiegħu użat reżonaturi tal-kristall tal-kwarz biex jikkontrolla l-frekwenza tal-oxxillatur u ddeskriva bars/pjanċi tal-kwarz bħala standards u filtri tal-frekwenza. Għalhekk, Cady huwa rikonoxxut b'mod wiesa 'bħala l-ewwel li juża kristalli tal-kwarz għall-kontroll tal-frekwenza f'ċirkwiti oxxillaturi.
Fl-1923, il-Professur ta 'Harvard GW Pierce żviluppa ċirkwit ta' oxxillatur tal-kristall li jpoġġi l-kristall bejn il-grilja u l-anodu ta 'valv ta' tubu tal-vakwu-prekursur għall-konfigurazzjoni tal-oxxillatur Pierce.
Fl-1925, Westinghouse Electric installat oxxillatur tal-kristall bħala l-oxxillatur prinċipali għall-istazzjon tar-radju tagħhom KDKA.
Van Dyke żviluppa l-mudell ta 'ċirkwit ekwivalenti għar-reżonaturi tal-kristall tal-kwarz. Dan iċ-ċirkwit għandu żewġ frekwenzi reżonanti: il-frekwenza reżonanti tas-serje (fs), fejn il-fergħa Lg-Cg-Rg tinħass, u l-frekwenza reżonanti parallela (fp), ir-reżonanza taċ-ċirkwit ġenerali. Peress li Cg < C0, dawn il-frekwenzi huma qrib ħafna. Il-karatteristika tal-frekwenza tar-reattanza-turi imġieba induttiva bejn fs u fp, u mġiba abilità x'imkien ieħor.
Fl-1926, ġew skoperti u utilizzati kristalli maqtugħin Y-. Sa dakinhar, intużaw biss kristalli tal-kwarz maqtugħin X-. Filwaqt li X-kristalli maqtugħin kellhom koeffiċjent tat-temperatura ta '~-20ppm/ grad , kristalli maqtugħin Y esibiti ~+100ppm/ grad , li jindika li qatgħat differenti tal-kristall jistgħu jagħtu koeffiċjenti ta' temperatura li jvarjaw.
Fl-1927, Warren Marrison ta 'Bell Labs żviluppa l-ewwel standard ta' oxxillatur tal-kristall tal-kwarz.
Fl-1928, Warren Marrison ħoloq l-ewwel arloġġ tal-kristall tal-kwarz fil-Laboratorji tat-Telefon Bell. L-arloġġi tal-kwarz issostitwixxu l-arloġġi tal-pendlu ta 'preċiżjoni bħala l-aktar timekeepers preċiżi tad-dinja (sa l-arloġġi atomiċi).
Arloġġi atomiċiuża mewġ elettromanjetiku emess waqt l-assorbiment/rilaxx tal-enerġija atomika għall-ħin, u tikseb preċiżjoni ta '~1 sekonda żball kull 20 miljun sena-bħalissa l-aktar għodda preċiża ta' żamma tal-ħin fid-dinja.
Fl-1934, ħarġu reżonaturi tal-kristall tal-kwarz AT- u BT-maqtugħin, skoperti b'mod indipendenti minn Lack/Willard/Fair (USA), Koga (Ġappun), u Beckmann/Straubel (il-Ġermanja).
2. Il-Perjodu R&D: Produzzjoni tal-Massa ta 'Oxxillaturi tal-Kristall
Fl-1950, ġew żviluppati arloġġi atomiċi. L-arloġġi tal-kwarz kisbu preċiżjoni massima ta 'sekonda 1 fuq 30 sena (30ms/sena). Bell Labs kienu pijunieri fi proċess idrotermali għat-tkabbir tal-kristall tal-kwarz fuq skala kummerċjali-.
3. Il-Perjodu ta 'Żvilupp: Produzzjoni tal-lott u Ċaqliq minn Użu Militari għal Użu Ċivili
Fl-1968, Juergen Staudte ta 'l-Avjazzjoni ta' l-Amerika ta 'Fuq ivvinta l-proċess fotolitografiku għall-manifattura ta' oxxillaturi tal-kristall tal-kwarz, li jippermetti l-minjaturizzazzjoni għal prodotti portabbli bħal arloġġi.
Fl-1976, l-ewwel SC-kristalli maqtugħin saru disponibbli. Użati primarjament f'oxxillaturi tal-kristall ikkontrollati mill-forn-(OCXOs) minħabba l-koeffiċjent ottimali tat-temperatura tagħhom f'temperaturi operattivi OCXO.
4. Il-Perjodu ta' Żvilupp Rapidu: Applikazzjonijiet Diversifikati fl-Electronics
Mill-1990 sal-preżent, l-oxxillaturi tal-kwarz evolvew minn DIP għal pakketti SMD iżgħar, b'transizzjoni minn kisi tal-metall tradizzjonali għal inkapsulazzjonijiet tal-plastik/metall/ċeramika. Rekwiżiti ta 'preċiżjoni u frekwenza żdiedu, u jitolbu proċessi ta' manifattura aktar fini. L-applikazzjonijiet espandew minn użi niċċa għal oqsma varji bħall-5G, l-IoT, l-elettronika tal-karozzi, il-kura tas-saħħa intelliġenti u l-apparat intelliġenti.
III. Sommarju
Is-snin 70+ mill-1880 sal-1956 immarkaw il-perjodu fundamentali tal-oxxillaturi tal-kwarz, ikkaratterizzati minn invenzjonijiet innovattivi u innovaturi influwenti. Il-progress tat-teknoloġija tal-kwarz jirrifletti proċess gradwali ta 'skoperta, fehim, u maturazzjoni-avvanzi ma jistgħux jiġu mgħaġġla.