SJ Z 9160-1987 频率控制和选择用压电陶瓷谐振子和谐振器.pdf

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1、1 范围中华人民共和国电子工业推荐性部标用压电陶瓷谐振子和谐振器Piezoe lectric ceramic resonators and r t sonator units f,or frequency control and selectlon 第1章标准值和条件本标准适用于频率选择电路中使用的压振器。SJ/Z 9160 87 IEc 642(1979) 本标准应连同SJ/Z9001(IEC 68)号标准z基本环境试验规程一起使用。本标准规定了各种陶瓷谐振子通用的一般性资料及测量和试验方法。试验对各类陶瓷谐振子闲适用性及每类试验的特定要求应在与那种型号有关的产品活页规抱中说明。:本规范的要

2、求和产品活页规范有矛盾时，应以后者为准。2 目的建立评定压电陶瓷谐振子的机械、电气和气候特性的统一条件.叙述其试验方法，给出标准值建议，并给出这种谐振子的使用指用。8 3.1 一般术语3.1.1 压电陶瓷片切成给定几何形状、尺寸，相对于极化轴有一定取向的压电陶瓷材料。乱1.2压电陶瓷振于带电极的、能以特定模式振动的陶瓷片。其电极可以加上引线。注:电极的类型一般有:烧渗;电镀;蒸发;溅射;中华人民共和国电子工1988 01 1 SJ/Z 9160 87 尾，,; 3.1.3 压电陶瓷谐振器装上外壳的一个或一个以上的陶瓷振子。3.1. 4 电极与陶瓷片表面接触的、用以将极化或激励电场施加到陶瓷片上

3、的导电8.1.5 外壳保护的、并给电路提供电气连接手段的外壳。3.1.6 振动模式给定谐振附近的运动模型。3.1.7 给定振动系列8.1.8 泛音模式给定振动系列中，比8.1.9泛音振动模式。高的振动。为1开始，按上升次序依次分配给各次泛音3.1.10 压电非刚度振动模式理想的非刚度模式的电场与弹性波运动的方向8.1. 11 压电刚度振动模式。，且对其运动。理想的刚度模式的电场与弹性波运动的方向平行，且过电学边界条件影响其运动模型。8.1.12 寄生响应的振动模式以外的谐振状态。8.2 电气8.2.1 等效电路)4 Co C, R，门R，一一Ln Cn Rn Co-L C, R, 图1等效电路

4、图2近似等效电路在所考虑的频率范围内，具有与陶瓷振子相同阻抗的电路。它常以受夹电容OD并联若干动态臂的方式来局部地或完整地表示。每个动态臂代表一个谐振见圈。，且由等效电J毒、等效电容和等效电阻串联而成。在谐振点附近，可以采用由并电容00及单独一个动态臂所构成的简化等效电路见图2)。但是，这个并电容是有关的，因为它不但包括受夹电容的影响，而且也把其它动态臂的影响包括进去了。因此，简化等效电路一般不能足够准确地反映陶瓷振子的反谐振特性。2 SJ/Z 9180 87 8.2.2 最小阻扰频率fm见SJ/Z9157 (IEC 302)标准工作频率达30MHz的压电振子的标准寇义和测量方法表2。3.2.

5、8 谐振频率fr见SJ/Z9157 (IEC 302)标准表L8.2.4反谐振频率fa见SJ/Z9157 (IEC 302)标准表2。3.2.5 最大阻抗频率fn见SJ/Z9151 (IEC 302)标准表2。3.2.6 串联谐振频率fs见SJ/Z9157 (IEC 302)标准表2。8.2.7并联谐振频率无衰耗)fp 见SJ/Z9157 (IEC 302)标准表2。8.2.8 振子常数图1等效电路的全部电路参数是费时间的。因此，为了迅速测定在按某一给定模式振动的振子谐振器)，应在以下诸参数中选择。它们是z动态串联谐振频率f目、相对频率间隔Bs、电阻R1或机械品质因数Q和自由电容。f。8.2.

6、9 相对频率问隔Bs在给定振动模式中，串Bs= 1.2.10 (机械品质因数Q见SJ/Z9157 (IEC 302)标准表lA。队2.11自由电容Offp- fs fs 之差除以串。在远低于最低谐振频率的某一频率所测得的谐振子的电容量。在自由电容中还包括了谐振于两端的杂散电容。8.2.12 受夹电容在远高于任何明显谐振频率的某一频率所测得的谐振子的电容量。实际上，电容值常常是间接确定的。因为有象引线电感这样的因素存在，直接测量是相当困难的。3.2.18 部分受夹电容在高于揄定振动系列的主谐振的某一频率所测得的谐振子的电容量。该电容值通常是接确定的。8.2.14 机电糯合系数子阻扰的表示式中固有

7、弹性常数、介电常数和压电常数的某种组合。每个特定式呈现不同的系数。该系数与其相对频率间隔有密切关系。是压电转换的一种简民民且。换句话说，糯合系数可以理解为E在特寇的一组边界条件下，所作的电的或机械的功与入的总机械能或电能之比的平方根。3 SJ/Z 9160 87 一一一3.3 工作特性3.3.1 标称频率压电陶瓷振于规范所规定的i率。8.3.2 频率允许偏差由于某种特定因素或多种因注:常用的允差是f-nf，口九的允许偏差;常用的允差是:老化s , 整个温度范国内的允许偏差。3.3.8频率范围能规定为谐振子谐振器标8.8.4 工作温度范围的1，率范围。， 甲一对于规定值的最大偏差。是这样-种温度

8、范围，在这整个3.3.5 贮存温度范围范围内陶瓷谐振器能工作在规定的允差之内。是这样一种温度范围，在这个的永久性变化。度范围能够贮存陶瓷谐振器而不引起性能超出规定允8.8.6 激励电平用电压、电流或功一工作状态的一种量度。4 值4.1 标准激励电平谐振区域的标准激励电平为20.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0mW。除非产品活页规范另有规寇，其允差均为土10%。4.2 标准工作温度也围标准工作温度范围为z- 55,_. + 105 C J - 40.- + 85 c J - 20 + 70飞，- 10.- + 60 ( J 。r_，+60 C J

9、 + 10u +40 ;_。 也可使用其官温度范围，但最低温度不得低于-60 L 4.3 标准外先接端间距i五电陶瓷谐振器标准外壳的接端间距规远如下z4 高温度不得喝过105(. 。5 e 一件干仨司一一了由I-a-t a 扁平接端SJ/Z 9180 87 町静一一 a a 线状接端尺寸a= 2.54mm的(1/4)、1/2、(3/4)、l/hb = 2.54mm的(1/4)、1/2、(3/4)、1/1。图3标准外壳接端间距每个压电陶资谐振器应牢固和清晰地标上下列内容za. kHz或MHz表示的标称频率，b. 货掘标志制造商名称，可用代号或商标。C. 完整确定该元件所需的其宫内容。第2章测量和

10、试验条件电气测量方法能使压电陶瓷振子和谐振器的电性能在公认的条件下进行判断。通过-定的样品承受SJjZ9001 (IEC 68)标准中的机械试验和气候试验、以及此后的密封和贮存可以评定出在寇的使用期限内或使用期后，振子谐振器保持其性能的能力。验后，或在所规寇的一次或多次试验期间，样品应能满足电气性能的要求。在附录A中鉴iE试验-览表给出了所有可能的试验项目和应用顺序，它可作为对某一具体情况下鉴定试验一览表用的对照表，当这样做时，必须考虑以下各点z电气要求z所要做的试验及其顺序试验一览表)J 试验的严酷度，为了证实样品是否已成功地通过试验，试验后必须测量的内容、受试样品的数量、分组及允许不合怕飘

11、息7 己承受过上述试验的振子谐振器不应再用于设备中。件若无其它规定，所有验都应在SJ/Z9001(IEC 68)标准规寇的标准大气条件下进行5 SJ/Z 9160 87 : 15, 35 c J相对湿度:45%75%，大气压力:860J1060mbar)。前，振子谐振器应在测量温度下存放足够时间，以使振子谐振器达到这个。当在不同于标准温度的某一温度下测量时，必须将其结果修正到规定温度。测量期间的试验报告中指出来。注:，应避免使振子(谐振器)处于任何可能使测量绪果无效的条件下。8 8.1 外部目检8.1.1 检查尺寸，应符合规定值。8.1.2标志应清晰、牢阳。8 9.1 的测9.1.1 振子常数

12、，即谐振频率、相对9.1.2条测量，其值应不超过规定范围。隔、谐振电阻品质因及自由电容，按9.1.2 振子常数应在规寇的条件下测定，其波形基本上为正弦波，使用的方法是9.1.3条所述的标准方法。另一方面，当的方法来测屋。电阻可以用能精度的、与标准方法相一致的适9.1.3 标准测量方法在附录B及SJ/Z9157(IEC 302标准和SJ/Z9154(IEC 444)标准利用型网络零相位法测量石英晶体元件谐振频率和等效串联电阻的基本方法中给出。9.2 谐振频率、相对频率间隔和谐振电阻随激励电平的变化在规定的激励电平下，9.1条的测量要重复进行。谐振频率、相对频率间隔和谐振电阻的变化应不超过规寇范围

13、。i主:电平可用标准激励电平(以dB)表示。允差如下:20、10、6、3、0、-3、-6、一10、-20、-30、-40、-60租-80;允差为土1dB;在高激励电平测量前应指明并记录下列条件:1)持续时间;2)环境条件;。9.8 振子常数随温度的变化9.8.1振子常数应在规定的温度范围内，达到热平衡的状态下按9.1条规定进行个规定温度范围内，振子常数不应超过规定的要求。9.8.2 试验的温度顺序应按下列规定E的标准温匠b) 。标, 6 。d)最高工作温度ze) 。温度(-) (8) 问f工作温度, SJjZ 9160 87 特征振动高工作d 度(+) b 标唯温度图4试验前、试验中，振子谐振

14、器应在试验温度下存放一定时间，规寇至少为:0.5、1、2h。9.4 寄生响应9.4.1 采用9.1条的频率测量方法，在规定频率范围内扫描，应测出该范围内的所有响应的频率与谐振电阻。9.4.2 所有寄生响应的谐振电阻应大于规定的限值。9.5 绝缘电阻9.5.1 测量绝缘电阻的方法如下s选择下列直流试验电压根据谐振子的厚度和极化特性而定): 10、25、50、100、250、1000V。电压允差为土10%。9.5.2在下列两点之间施加9.5.1条中试验电压的时间至少为20s，也不得多于2min。1)外壳的各接端间F2)外壳和接端间当为金属外壳时)J 3)振子的电极或引线间。泣:所规定的绝缘也阻可为

15、下;7IJ数值之一:1、10、100或1000M.Q。9.6 允许的直流电压在跨过接端施加下列电压前、后测量振子常数。得到常数间的偏v。施加一正向电压30土5s，然后施加同样时间的负向电压。把谐经30min。按9.1条测量振子常数。零电压下至少允许直流电压应为下列数值之一根据谐振子的厚度和极化特性而定):士10、土20、土50、士100、士200、土500、土1000、土2000V。其偏差:!:10%。9.7 可允许的交流电压在跨过接端施加下列电压前、后数间的。施加跨过接端的交流电压(50或60日z)1min土10s。然后在零电压下把谐振子放置30min7 SJjZ 9160 87 一一一十一

16、以上。允许交流电压应为下列数值之一根据谐振子的厚度和极化特性而定): 5、10、20、50、100、200、500或1000V(有效值。其允差为土10%。9.8允许输入电平在蹄接端施加上述电压前、后测量振子常数。得到常数间的偏移。在标称频率下，跨过谐振子施加窑许输入电平至少经lomin，但不得太于忡。然后在零电压下把谐振子至少放置血。10 10.1 容许输入电平应以V、A(mA)或W(mW)表示。气10.1.1谐振器应承受SJjZ9001. 24 87(IEC 68标准Eb试验程序规寇的严酷度等级试验，谐振器应是被夹紧的。10.1.2 试验后，谐振器应进行目捡，应无明显损伤。10.1.3 然后

17、测量谐振频率和谐振电阻。谐振频率和谐振电随与9.1.2条的测其变化应不超过规定范围。10.1.4 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规寇z的严酷度等级，一一沿轴向施加的力，谐振电阻的变化范围。10.2 冲击行比较，10.2.1 谐振雄应尽受SJjZ9001.23 87(IEC 68标准的Ea)试验程序规寇的严晶度等级试验，谐振器的外壳是被来紧的。10.2.2 试验后，谐振器应进行目捡，应无明显损伤。10.2.3然后测量谐振频率和谐振电阻。谐振频率和谐振电阻与9.1.2条的测量值道行比较，其变化应不超过规定范围。10.2.4 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规定z一一试验的严酷度等级，

18、一一沿轴向施加的力$一-7.=振频卒和谐振电阻的变化范围。10.3 10.3.1 谐振器应承受SJ/Z9001.25 87(IEC 68际准的F吟，试验程序规寇的严酷度等级试验。10.3.2 除非另有规远，谐振器应牢固地夹在振动台上。如为线状接端，夹在约离外壳10ml(0.4in)处使之保持原来的位置。10.3.3 振动之后，谐振器应进行目捡，应无明显损伤。10.3.4 然后则量谐振频率和谐振电阻。谐振频率和谐振电阻与9.1.2条的测量值进行比8 SJjZ 9160 87 较，其变化应不超过规定范围。10.3.5 若产品活页规范钮含该项试验，则应作下列规起=的详细舰厅一一试验的严酷度一一的轴线

19、s一一谐谐电阻的变化范围。加速度10.4 10.4.1 壳是承受SJjZ9001.27 87(IEC 68)标准的Ga试验程序严等级试验，外, 电阻。10.4.2 谐电阻与前面测量的数值进行比较，其变化应不超过规定范围。1043 若产品活页规泪包含该项试验，则应作下列规定z验的严酷度等级，一一加速度的轴线和方向F一一谐振频率和谐振电阻的变化范围。10.5 接端的10.5.1 谐振器应承受SJjZ9001.33 87(IEC 68)标准的Ua10.5.2 试验后，谐振器应元明显损伤。10.5.3 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规寇z一一力。10.8 线状接端的耐弯曲性10.6.1 谐振器

20、应承受SJjZ9001. 23 87(IEC 68)标准的Ub10.6.2 试验后，谐振器应无明显损伤。10.6.3 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规定z一一力，-一弯曲一一相对于外壳基因的弯曲位置。10.7 插脚型接端的弯曲试验仅适用于下部切槽插脚的严酷度。序的严酷皮等级试验。10.7.1 用任何简便方法握持或夹持谐振器外壳或底座，应使用适合特定外壳的弯曲工具与，插脚接端切糟部之外的地方相嵌合。为了保证弯曲主要发生在切槽部位，可以把带有两个容纳插脚的孔的极放在括脚处。这块板厚度是包括插脚切槽的一部分。用工具将插脚向一个方向弯曲达15土20，再向相反方向弯曲30土矿，然后弯曲15土20

21、，返回到开始位置。弯曲的速度近似等于每个方向上每次弯曲归。10.7.2 试验后，元件不应有明显损伤。10.8 密封气密型10.8.1 谐振器元件应承受SJjZ9001.30(IEC 68)标准Qc试验程序方法1(也封容器、气9 SJjZ 9160 81 - 体泄漏规定的试啦。10.8.2 谐振器在己去气的液体中浸渍规定时间。10.8.3 用是否从谐振器中冒出连续气泡来判定。10.8.4 试验后，谐振器元件不应有明显损伤。10.8.5 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规寇z一一已去气液仲剧恤庭一一试验的持续时间。注:该项试验仅是定性的.10.9 可焊性10.9.1 谐振器应承受SJjZ90

22、01.31 87(IEC 68) 试验。T程序槽焊法、230士10(;)的10.10 厚电极膜的结电极膜层结合强度试验按以下规定=10.10.1 结合强度用帕斯卡等于Njm2)表示有以下几级z1、2、5、7或10MPa。10.10.2 在标准试验条件下，准备一组标准样品，对电中的任一个。加张力负荷上面给定连续增加负荷，其速度不大于50mmjmin，以消除惯性效应的影响。10.10.3 按下列规定准备样品z1)从振于谐振器中切出一个尺寸为5mmx5mm的正方形片子，或者是具有相等面积的困片。对于标准张力试验，焊接金属连接件和附件按图5.1及图5.2所示。2)按上述1)条进行试验取样前，应规定采用

23、的焊料及焊接条件。3)应规寇张力负荷。10.11 引线的附着强度谐振器引线的附着强度试验如下z10.11.1 如无特别规定，引线的张力负荷应从下列数值中选取z0.1、0.2、0.5、1.0.2.0.5.0或10N。10.11.2 按正常位置，将振于本体牢固地固定在试验台上，在垂直于电极表面方向，或者在引线的轴线方向，施加10.11.1条中给出的任一张力负荷，保持负荷30土5s随即迅速移去负荷。10.11.3 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规定z张力负荷。10.12 振子的横向弯曲强度11&子的横向弯曲强度试验如下z10.12.1 在靠近样品端头的两个位置支住已准备好的试验样品，如图7所

24、示。在样品中心处，沿垂直于样品的方向逐渐增大其负荷。10 SJjZ 9160 87 d J E D 单位:mm符号尺寸ZDd 5.0 2.5 1.0 囤5.1附件圈5.2试件10.12.2 增大负荷直至样品断裂，随即读出以N表示的断裂负荷。10.12.3 采用下面的方程式计算谐振器横向弯曲强度=T=立.E马旦(MPa)2 bt 2 式中:F一-最大负荷(N)J ls-一支撑杆中心间距(m时，b-一样品宽度(mm)J t-样品厚度(mm)。10.12, 4 样品的形状及尺寸如图6所示，其支撑方法接图7。引线附件梓品接l就11 SJ/Z 9160 87 一一一JbJA L b s R R 40 2

25、0 10 3 图6样品尺寸图7立撑方法10.12.5 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规定，向弯曲强度。10.18 热冲击10.13.1测。10.13.2振子谐振器应承受SJ/Z 9001.4 87 (IEC 68)标准Nb试验程序规定的试。10.13.3 测量振子常数。与前面测得的数值进行比较，其变化应不10.13.4 试验后，振子谐振器不应有明显损伤。10.13.5 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规定z低温，一户高温，、变化速率，循环次数z持续时间。10.14 干热10.14.1 川且肌Jm班。定范围。10.14.2 振子(谐振器应在规定温度下承受SJjZ9001.3 87

26、(IEC 68)标准序规定的试验。10.14.3 测量振子常数。与前面测得的数由进行比较，其变化应不超过规定极10.14.4 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规定z振子常数的变化极限值和四隅。10.15 湿热，第一个周期10.15.1 测量振子常数。10.15.2第一个周期，振子谐振器应承受SJ/Z9001.6 87 (IEC 68)标准D试程序规定用川西.。10.15.3 然后，测量振子常数和绝缘电阻。振子常数与前面测得的数值进行比较，其变化应不超过规定极限值。绝缘电阻应不小JIAI甩骂人闹。10.15.4 测量完毕后，谐振器元件应立即承受寒冷试验。12 SJjZ 9160 87 一1

27、0.15.5 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规定z一一振子常数的变化极限值。绝缘电阻的最低数值。10.16寒冷10.16.1 测量振子常数。10.16.2 振子(谐振器应承受SJjZ9001.2-87(IEC 68)标准Aa试验程序规定的试验。10.16.3 然后测量振子常数。报子常数与前面测得的数frf.进行比较，其变化应不超过规定范围。10.16.4 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规定z振子常数的变化极限值。10.17 湿热，其余周期10.17.1 测量振子常数。10.17 .2 振子(谐振器应承受SJjZ9001-87(IEC 68)标准D试验程序规定的其余的5次循环。1

28、0.17 .3 然后测量振子常数。振子常数与前面测得的数值选行比较，其变化应不超过规定极限值。绝缘电阻不低/./tI.IC.取国。10.17.4 若产品活页规活包含该项试验，则应作下列五月1主E:由一振子常数的变化极限值。电阻的最低骂人18。10.18 湿热10.18.1 测量振10.18.2 扣子(谐振器应承受SJjZ9001 87(IEC 68)标准C试验程序规定的试验。10.18.3 然后测量报于常数和绝缘电阻。振子常数与前面测得的数值进行比较，其变化不应超过规定的极限值。绝缘电阻应不i刷肌马尼取国。10.18.4 若产品活页规范包含该项试验，则应作下列规定=振子常数的变化极限值。电阻的

29、最低数值。10.19 老化10.19.1 振子谐振器应在规定温度下经历规定时间。10.19.2 在试验温度下，振子谐振器一达到热稳寇，就测量振子常数并作b郁。10.19.3 在10.19.1条规定的周期内，经规定时间间隔以及周期结束时的振子常数相对于按10.19.2条所测得的数值的变化，应予以规定。间，谐振器元件应置于试验温度下。和10.19.2条所记录的偏差应与所获得的测量结果的准确度相一致。10.19.4 若产品活页规范包含该项试验，则应作F列规定s一一试验的持续时间、老化温度及测亘诅反S一_111111古的时间间隔，一-振子常数的变化极限值。同的最大温度13 Al 定义Al.l 型号SJ

30、jZ 9160 87 A 的-般建议型号包括问一制造商按同一设计制造的全部压电陶瓷振子或谐振器。注z振子(谐振器)的设计综合包含一一电气性能;一环境性能;一一结构;-一外形。若安装附件对试验结果无明显影响，则可忽略不计。Al.2 鉴定试验谐振器的鉴定试验是指用该型号中一定数量的、有代表性的样品所进行曲一系列完整试验。其目的是确定具体制造商是否有能力生产满足规范要求的谐振子(器。Al.3 鉴定批准鉴定批准是由适当的权威用户或用户指定的单位来判定某一具体制造商是杏有能力制造相当数量的、满足规范型号的产品。A2 鉴定试晒-A2.1 用户和制造商之间就适当的被试样品数和允许失效数应取得致。主主:某些试

31、验结果是与某个型号的性能无关的，例如，温度循环试验的结果通常只取决于设计情况。因此，就不需从每一单独型号中抽取样品进行试驳。A2.2 所有样品应承受下述指定顺序的试验。A2.2.1 压电陶瓷谐振器14 试验外部目检密封试验(仅对气密型战标准大气条件下的振子常数谐振频率和谐振电阻随激励电平的变化振子常数随温度的变化寄生响应绝缘电阻条8.1 10.8 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 SJ/Z 9160 87 A2.2.2 压电陶瓷振子试验外部目;捡标准大气条件下的振子常数谐振频率和谐振电阻随激励电平的变化振子常数随温度的变化J6、寄生响应绝缘电阻A2.3 然后把振子谐振器分成3个相等的组。

32、每细所有的振子(谐振器应承受下述指定顺序的试验zA2.3.1 压电陶资谐振器第组z碰撞冲击振动试稳态加速度可焊性热冲击干热验湿热，第一个周期寒冷湿热，其余的周期接端的机械试验., 标准大气条件下的振子常数第二组z湿热长期暴露)允许直流电压允许交流电压允许输入电平标准大气条件下的振子常数第三组z老化标准大气条件下的条8.1 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 条10.1 10.2 10.3 10.4 10.9 10.13 10.14 10.15 10.16 10.17 E 10.5, 10.6, 1.7, 9.1 10.18 9.6 9.7 9.8 9.1 10.19 9.1 15 SJjZ 9160 87 A2.8.2 压电陶瓷谐一一试验条击干热标准大气条件下前振子电极膜层结合强度引线的附着强度第二组E允许直流电压允许交流电压允许输入电平标准大气条件下的振子常数谐振器的横向弯曲强度10.13 10.14 9.1 10.10 10.11 9.6 9.7 9.8 9.1 10.12 三组z老化标准大气条件下的振子10.19 9.1 附录B压电陶瓷撩子相谐振器的标准一一16