I. 序文
水晶発振器は、周波数制御の中核部品として、産業機器、セキュリティ監視システム、医療機器、自動車エレクトロニクス、スマート家電などの分野で広く使用されています。マクロ的な観点から見ると、世界的な情報インフラの構築は水晶発振器の開発と本質的に結びついています。この記事では、水晶発振器の技術進化を体系的に分析し、-圧電効果の発見からナノ-スケールのパッケージング-まで、水晶発振器が 4 つの産業革命を通じて人類の技術進歩をどのように推進してきたかを明らかにします。-
II.水晶発振器の開発の歴史
1. 技術啓蒙期
1880 年、ジャックとピエールのキュリー兄弟は、水晶板に機械的応力を加えると電荷の変位が発生することを発見し、圧電効果.
圧電効果の原理: 圧電材料に圧力が加わると、電位差が発生します（いわゆる電位差）。直接圧電効果）。逆に、電圧を印加すると機械的ストレスが発生します（逆圧電効果）。圧力に高周波振動が含まれる場合、高周波電流が発生します。{{2}高周波電気信号が圧電セラミックに印加されると、一般にとして知られる高周波音響信号（機械振動）が発生します。-超音波信号.
1918 年、ポール ランジュバンは水晶プレートを使用して潜水艦探知用の初期のソナー システムを開発する研究を行いました。これには、騒音方向探知、エコー測距、ソナーパルス検出、目標識別、魚雷警報などの戦術要件を満たすための包括的な情報処理と集中制御のための複数のソナー機能の統合が含まれていました。ランジュヴァンは、X- カットの石英プレートを使用して水中の音波を生成し、検出しました。
1921 年、ウェスレアン大学の WG Cady 教授が水晶発振器の特許を取得しました。彼の特許では、発振器周波数を制御するために水晶共振器を使用し、周波数標準およびフィルターとして水晶バー/プレートについて説明しました。したがって、Cady は発振回路の周波数制御に水晶振動子を初めて使用した企業として広く知られています。
1923 年、ハーバード大学の GW ピアース教授は、真空管バルブのグリッドとアノードの間に水晶を配置する水晶発振器回路を開発しました。-これは、ピアース発振器構成の前身です。
1925 年、ウェスチングハウス エレクトリックは、自社のラジオ局 KDKA の主発振器として水晶発振器を設置しました。
Van Dyke は水晶振動子の等価回路モデルを開発しました。この回路には 2 つの共振周波数があります。直列共振周波数 (fs)、Lg-Cg-Rg ブランチが共鳴し、並列共振周波数 (fp)、回路全体の共振。 Cg < C0 であるため、これらの周波数は非常に近いです。リアクタンス-の周波数特性は、fs と fp の間で誘導性の動作を示し、他の場所では容量性の動作を示します。
1926 年に、Y- カット結晶が発見され、利用されました。それまでは、X-カット水晶のみが使用されていました。 X-カット結晶の温度係数は~-20ppm/度でしたが、Yカット結晶は~+100ppm/度を示し、異なる結晶カットにより異なる温度係数が得られる可能性があることを示しています。
1927 年、ベル研究所のウォーレン マリソンは最初の水晶発振器標準を開発しました。
1928 年、ウォーレン マリソンはベル電話研究所で最初の水晶時計を作成しました。クォーツ時計は、高精度の振り子時計に代わって、世界で最も正確な計時装置となりました（原子時計まで）。
原子時計原子エネルギーの吸収/放出中に放出される電磁波を計時のために使用し、2,000 万年あたり最大 1 秒の誤差の精度を達成します。-現在、世界で最も正確な計時ツールです。
1934 年に、AT- および BT- カットの水晶振動子が登場し、Lack/Willard/Fair (米国)、Koga (日本)、Beckmann/Straubel (ドイツ) によって独自に発見されました。
2. 研究開発期間：水晶発振器の量産化
1950年に原子時計が開発されました。クォーツ時計は、30 年間で最大精度 1 秒 (30ms/年) を達成しました。ベル研究所は、商業規模の水晶結晶成長のための水熱プロセスを開拓しました。-
3. 開発期間：バッチ生産と軍事から民生への移行
1968 年、ノース アメリカン アビエーション社のユルゲン シュタウデ氏は、水晶発振器を製造するためのフォトリソグラフィー プロセスを発明し、時計などの携帯製品の小型化を可能にしました。
1976 年に、最初の SC- カット クリスタルが入手可能になりました。 OCXO の動作温度における温度係数が最適であるため、主にオーブン制御水晶発振器 (OCXO)- で使用されます。
4. 急速な発展期: エレクトロニクスにおける多様な応用
1990 年から現在に至るまで、水晶発振器は DIP から小型の SMD パッケージに進化し、従来の金属ケースからプラスチック/金属/セラミックのカプセル化に移行してきました。精度と周波数の要件が高まり、より微細な製造プロセスが求められています。ニッチな用途から、5G、IoT、自動車エレクトロニクス、スマートヘルスケア、インテリジェント家電などの多様な分野にアプリケーションが拡大しました。
Ⅲ．まとめ
1880 年から 1956 年までの 70+ 年間は、画期的な発明と影響力のある革新者によって特徴づけられた、水晶発振器の基礎期間でした。クォーツ技術の進歩は、発見、理解、成熟という段階的なプロセスを反映しています。-進歩を急ぐことはできません。