第5章 低老化率晶体振荡器
晶体振荡器按其性能和用途的不同，可分为长期频率稳定度较好和短期频率稳定度较好两类。前者常称为低老化晶振，后者常称为低噪声晶振。本章的任务就是对低老化晶振的设计和制造作较为详细的说明，并提供一些较为成功的实例给大家参考。
目前，长稳较好的晶振，其最好的老化率已达10-2/d，已接近铷原子频标的水平。但与铯原子频标和氢原子频标相比，大约还差2-3个数量级。至今原子频标还不能完全取代晶体振荡器。原因之一是晶振的价格较低，且寿命较长。从理论上说。晶振的寿命是无限的，而且运行时间愈长，其老化率愈低。原子频标的寿命近年来有很大提高，但最多也不过15-20年。另一原因是原子频标的短稳比晶振的短稳差。因此，所有原子频标的输出实际上都是被它锁定的晶体振荡器的输出。这一输出信号既具有原子频标的低老化率，又具有晶体振荡器优良的短稳特性。
如果晶振的老化率能改善一到两个数量级，则晶振就初步具有与原子频标抗衡的能力。但遗憾的是，从上个世纪七十年代至今，晶振的老化率一直停留在10-11/d这个水平上。什么时候以何种方式突破这一瓶颈，现在还很难说清楚。
低老化率晶振都是恒温晶振。恒温槽的好坏直接关系到晶振的好坏。有关恒温槽的内容，作者已在先期出版的《精密恒温槽原理》一书中作了详细的说明故本章只在必要时才会略微提及。
5.1 晶振频率漂移的主要机理[1～6]
引起晶振频率漂移的首要原因是石英谐振器的参数随时间变化。在谐振器的四个参数Co、Rq、Ca、La当中，Co决定于石英的介电常数和石英片及电极的几何尺寸。这些因素基本上是稳定的，因而Co比较稳定，不会引起频率的漂移。Rq的变化只会引起振荡幅度的变化，对频率的影响极小。所以石英谐振器参数随时间的变化主要是Cq和Lq的变化。
谐振器参数老化的原因是极为复杂的，也是多方面的。首先，石英材料本身就存在老化效应。虽说水晶是一种物理、化学性能十分稳定的材料，但石英振荡器频率的老化率如此之低，以致石英材料的任何微小变化都会引起可观的频率漂移。石英材料的变化是指材料中杂质原子、填隙原子和晶格空位等缺陷的重新分布。缺隙的重新分布引起谐振器弹性系数的变化，从而导致频率的漂移。要减小这种漂移首先应选用较好的水晶材料。常用的水晶有天然和人造的两种。
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