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セラミック共振器 またはピエゾカラミック共振器は、ピエゾカラミックまたは強誘電性材料で作られた電子部品です。すべてのピエゾカラミックが強誘電性特性を持っているわけではありませんが、すべての強誘電性圧電特性を持っているわけではないため、この違いは重要です。周波数の決定または周波数の選択アプリケーションに圧電効果を使用し、スイングクォーターと同様に使用されますが、周波数の精度と安定性はありません。セラミック共振器は、寸法が小さく、スイングクォーツと比較して外部の電子コンポーネントの必要性が低いため、機械的負荷と比較してより堅牢です。単純な電気フィルターは、2つ以上の共振器の機械的結合によって生成することもできます。

特定の異方性結晶または強誘電性セラミック材料が機械的に変形している場合、その表面に電荷が生成されます。この圧電効果である圧電効果も可逆的です。つまり、この材料に電界が配置され、変形します（逆ピエゾ効果）。電界が利用できなくなるとすぐに、材料は元の形状を引き受け、電圧が作成されます。

電圧を作成することによって一度発生したセラミック共振器の強誘電材料の機械的変形は、電圧をオフにした後に電気信号を作成します。フィードバック回路を使用すると、この信号は、材料の機械的共鳴振動の生成に使用できます。これにより、比較的正確な周波数と定義された振幅の安定したクロック信号が生じます。

セラミック共振器は、シェルの厚さとしてスイングします。約8 MHzを超える周波数の場合、3番目の調和のとれた共鳴が時計仕掛けに使用されます。 ^{[初め] [2]}

強誘電性材料からの細かい地下顆粒の混合物は、セラミック共振器の基礎として機能します。これらは、多くの場合、鉛Zirconateチタン酸、鉛 – マグネシウム – ニオブ – チタネート、またはカリウムソジウムニオバットに基づいた混合物であり、NIOB、ストロンチウム、バリウム、ランタン、およびアンチモニーからの小さな添加剤に追加され、特性を修正します。 ^[3]

圧電セラミックの生産は、鉛セラミックの例を使用して実証できます。最初の熱処理は、出発材料である多相粉末混合物を望ましい化学的接続に持ち込むのに役立ちます。これは、マルチフェーズ粉末混合物の反応で、約800°Cでコードを結んだタイタン酸を鉛にします。それは、核拡散時の原料成分の融点の下を下回る固定相反応による化学反応の結果です。原材料の分解において、ガス状による – 生物（例：co ₂ 、o ₂ ）リリース。この最初の熱処理における反応は、ハウスで計算または命名されます。 ^[4]

石灰化後、材料は再び細かく根拠があります。これにより、セラミックの均一性が向上します。この粉末の粒子サイズは通常3〜6 µmです。バインダーを使用して、粉末は整然と変形可能な塊になり、スライスや立方体やサイズなどの任意の形状に押し込むことができます。 2つの後続のヒートプロセスで行われる製造の2番目の熱プロセスでは、プレスは最初に低温で燃焼してバインダーを除去し、その後、共振セルのセラミックは、プレスから高温で焼結プロセスで焼かれます。セラミックは化学的に不活性であり、水分やその他の大気の影響に鈍感です。

微細構造化された焼結された焼結セラミックは、現在、結晶の白い地区（ドメイン）が含まれている多結晶材料であり、その元の双極子は並列に整列していますが、その方向は材料全体に統計的に分布しています。この材料が機械的応力にさらされるようになった場合、変形の結果として充電シフトが発生し、結晶状の界面に自由負荷が発生します。ドメインの方向の統計的分布により、焼結型体全体が機械的である場合、すべての充電シフトの合計はゼロになります。そのため、セラミック共振器の焼結の後に材料が分極されているのはそのためです。つまり、ドメインは全体的に等しくなります。これは、約340°Cのキュリエット温度のすぐ下にある温度で強力な外部フィールドを作成することによって行われます。この偏光は、焼結の長さの（低い）変化ももたらします。冷却後、電気双極子は偏光の方向（残留偏光）を保持します。これは平等なフィールドに感銘を受け、材料はその望ましい圧電特性を持っています ^[5] 。

次に、目的のサイズの個々の共振器セルを切り取り、焼結したセラミックから磨きます。セラミックのスイングによって生成される張力が額の表面に除去される電極。接続ワイヤまたは電極に電気的に導電性の接続表面は、後の回路との接触を形成します。

セラミック共振器をカバーするには、特別な機能があります。焼結された体は、減衰せずに機械的に自由に振動し、可能であれば振動できる必要があります。この目的のために、電極と接続を備えたピエゾカラミックは、最初にワックス層で覆うことができます。その後、多孔質のプラスチックカバーが体に塗布され、硬化します。その後の温暖化により、ワックスを吸収し、共振器はラッピング内で自由にスイングできます。

セラミック共振器の特別な特徴として、2つの負荷容量のリーダーシップが考慮されます。セラミックの金属化された額の表面は、セラミックボディの中央に配置された金属化を備えたシリーズに横たわる2つのコンデンサを形成するため、その中心の接続を除去できます。

セラミック共振器は、発振器回路などの電気的に動作します。

${displaystyle l}$

、容量

${displaystyle c}$

、電気損失抵抗

${displaystyle r}$

および（静的）並列容量

${displaystyle c_ {0}}$

。

セラミック共振器は揺れる機械システムであるため、機械的特性は共鳴グループの対応する電気値に変換されます。共振器の振動質量は、インダクタンスに対応します

${displaystyle l}$

、動的容量の機械システム

${displaystyle c}$

および機械的摩擦損失

${displaystyle r}$

表示されています。静的容量

${displaystyle c_ {0}}$

セラミック上の食事の電気接続によって作成されます。データシートの「負荷容量」で言及されており、中央に配置された3番目の接続の助けを借りて外側に導かれ、それに応じて切り替えることができます。つまり、対応する外部コンポーネントは省略されています。判別器で使用することを目的とした共振器は、通常、この3極設計にあります。発振器での使用を目的とした共振器は通常2ピンで、スイング四半期のように切り替えられます。

• 回路図、交換回路、発振器回路の基本回路
• 

  容量性接続を備えたセラミック共鳴のシンボル

• 

  セラミック共振器の電気交換回路

セラミック共振器の周波数挙動は、インピーダンス曲線に表示できます。この曲線では、偽の抵抗の量が落ちる|

${displaystyle with}$

|頻度が増加しています

${displaystyle f}$

最初に最低限、シリーズ応答のポイント

${displaystyle f_ {s}}$

、容量性と誘導性の盲目的抵抗がシリーズのスイングサークルでキャンセルし、オーム損失のみが効果的です。さらなる頻度が増加すると、インピーダンスは最大まで増加します。

${displaystyle f_ {p}}$

アンチョレナンス周波数とも呼ばれる並列共鳴。 2つの共鳴ポイントの間の領域では、共振器は誘導性に動作し、この領域の外で動作します。
セラミック共振器は、基本的に2つの共振周波数の間の誘導領域で動作します。共鳴は、アンプを反転させるか、360°の位相シフトを作成するアンプ関数を使用して論理ゲートを反転させることにより開始および維持されます。 ^{[6] [7]}

住宅と寸法 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

• セラミック共振器の建設形態
• 

  容量性接続を備えた4 MHzセラミック共振器

• 

  容量性接続を備えたSMDセラミック共振器

• 

  標準セラミック共振器のバウフ形式

セラミック共振器は、多くの工業用ハウジング、プラスチックカバーまたはセラミックカプセルで配達されます。当然のことながら、KHZエリアのより小さな周波数の共振器は最大の寸法を持ち、通常、回路基板アセンブリの放射状ワイヤ形式でのみ提供されます。約2 MHzの周波数の場合、サーキット基板または基板上の表面アセンブリのSMD設計は、表面アセンブリに優勢です。

セラミック共振器の重要な利点は、ピエゾカラミックの機械的特性により、体の寸法が小さい場合でも望ましい共鳴周波数になるため、スイングクォーツと比較して大幅に小さい寸法です。また、膨大なガラスや金属製のハウジングなしで機能を実行することもできます。 zがあります。 B. 0805形式で10 MHzのSMDセラミック共振器（3.2 mm×1.2 mmベースエリア）が提供されます。 ^[8]

対応するSMDスイングクォーツにはzがあります。 B.寸法3.2 mm×2.5 mmベース表面。 ^[9] これは、スイングクォーターが対応するセラミック共振器の約2倍のベースが必要であることを意味します。さらに、ほとんどのセラミック共振器は、荷重コンデンサを構築しています。これにより、コンポーネント全体の取り組みを減らすため、発振器回路の総スペース要件が減少します。

共鳴頻度 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

電子デバイス用のセラミック共振器は、約300 kHzから約70 MHzの共鳴周波数用に製造されています。 ^[十] エレクトロニクスの非常に広い作業周波数をカバーしています。

標準として利用可能な最大約70 MHzのセラミック共振器に加えて、特別な製造プロセスは、最大3 GHzの特別な製造プロセスでもカバーできます。 ^[11]

周波数耐性 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

発振器回路の場合、それは一般的に一般的であり、品質係数または品質の不足を伴う共鳴周波数の耐性です Q 示すために。品質は、インダクタンスの値から生じます

${displaystyle l}$

、 容量

${displaystyle c}$

そして、損失抵抗

${displaystyle r}$

同等の回路の。

${displaystyle q = {frac {1} {r}} {sqrt {frac {l} {c}}}}}$

品質の助けを借りて、帯域幅を使用できます

${displaystyle b}$

共鳴の満足度

${displaystyle f_ {mathrm {r}}}$

計算される：

${displaystyle b = {frac {f_ {mathrm {r}}} {q}}}}}}}$

周波数曲線の範囲は小さく、品質または品質要因が大きくなります

${displaystyle q}$

は。

例：10 MHzの共鳴周波数を持つスイングクォーツは10の品質です ⁵ 指定。帯域幅は100 Hzです。セラミック共振器の通常の周波数耐性は±0.1〜0.5％です。それらは、定義された温度での初期耐性として指定されており、共鳴周波数を持つスイング四半期と比較して大幅に広い範囲を持っています。共鳴周波数からの偏差はパーセントまたは 100万分の1 （PPM）指定。この情報では、0.1％が1000 ppmに相当します。ただし、パーセントの仕様には「±」という記号が付属しているため、±0.1％の結果、総幅は0.2％または2000 ppmになります。 10 MHzの共振周波数に関連して、これはこの例の共振器に5 kHzの範囲があることを意味し、この場合、スイング石英と比較して値の50倍に相当します。

セラミック共振器の指定された周波数耐性は、送達状態の指定された温度での出力周波数の精度の尺度です。ただし、周波数耐性全体は、材料特性、動作温度範囲と老化に対する温度依存性耐性によって決定される初期耐性で構成されています。 3つの許容範囲すべての合計は、目的のアプリケーション領域に決定的な値をもたらします。

今日の一般的なセラミック共振器では、温度依存性の材料特性が共振器の全体的な耐性を増加させ、±9,000 ppm以上の値を達成できます。ただし、電子デバイスの多くのアプリケーションでは、この値はスイングクォーターに比べて非常に高いです。 B.マイクロコントローラーのクロッキングでは、まだ受け入れられます。ただし、セラミック共振器の周波数耐性は、最近の開発により大幅に低くなります。 ±3000ppmの値は、この開発傾向をマークします ^[12番目] セラミック共振器の温度特性が向上した新しい材料は、±500 ppmで周波数許容度を提供し、スイングクォーターと直接比較できるようになりました。 ^[12番目]

ジッター [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

ジッター（「変動」または「変動」の英語）は、主に熱ノイズまたは位相ノイズによって引き起こされるクロック信号の望ましくない変動です。ジッターは通常、干渉信号として望ましくありません。スイングクォーターの周波数許容度は通常、セラミック共振器よりも大幅に低いため、一般に、セラミック共振器のジッターはスイング石英（石英共振）のジッターよりも大きいと想定されています。ただし、Quartzとセラミック共振器の比較テストにより、例えばB.セラミック共振器とクォーツ共振器の間に8 MHzで約10 ppmの短期ジッター（周期ジッター）。両方のタイプの共鳴に関する長期ジッターは、現在ほとんど同一であることが証明されています。 ^[12番目]

エージング [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

セラミック共振器の共振周波数の時間的変化は、老化と呼ばれます。これは、時間の経過に伴う安定性がないため、誘電体ドメインで平行誘電体双極子の一部が減衰するという事実に基づいています。これは、彼らがオリエンテーションを変え、その後、圧電効果に貢献しなくなることを意味します。これにより、最終的に共振周波数、共振器「年齢」が変わります。セラミックを分極してから最初の1時間で、周波数の変化が最も強力であり、それに続いて対数法則が続きます。偏光の数日後、測定可能な周波数の変化は時間とともに非常に低くなります。大手メーカーのデータシートで10年あたり約±0.3％で指定されています。 ^[2] ただし、公称面積を超える高温が老化を加速する可能性があります。

結合係数 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

それぞれの圧電材料の電気エネルギーまたはその逆に電気的に変換される効率は、電気機械結合係数によって与えられます。この値は、強誘電性セラミックのクォーツ材料よりも5倍高い係数です。 ^[12番目]

別のソース ^[13] セラミック共振器の結合係数は、スイング四半期のカップリング係数も1000倍大きく定量化されています。したがって、セラミック共振器は、同じドライバー電圧を持つスイング四半期よりも大幅に高い振幅を持つ信号を提供します。

スイッチング速度 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

機械の電気エネルギーへの変換における効果が高いため、セラミック共振器のスイング挙動は、それに応じて速いフィードバックを伴うSo -Called Start -Upの時間は、スイングクォーツよりもはるかに高速です。開始時の間に、振動が完全な振幅の90％に達するまでドライバーの電圧がかかった後に飛ぶ期間が理解されます。セラミック共振器は、クォーツ共振器よりも最大20倍速く走り、シングルスイング速度に0.4ミリ秒に達することができます。 ^[12番目]

保護回路 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

石英zoscillatorの回路では、外部抵抗が過電圧から保護するためにしばしば使用され、石英の圧電特性の損失につながる可能性があります。このリスクはセラミック共振器には存在しないため、セラミック共振器を備えた発振器回路のコンポーネント支出は、保護抵抗の派遣により低くなります。

セラミック共振器は、低価格と小さな寸法のため、かなりの数の電子デバイスで使用されます。たとえば、周波数の精度が批判的でないこのようなマイクロプロセッサ回路の時計ジェネレーターとして使用されます。 ^[14] また、安価な時計サーキット、テレビデバイス、ビデオレコーダー、家電製品、携帯電話、コピー、デジタルカメラ、言語ジェネレーター、リモートコントロール、おもちゃの時計または信号ジェネレーターとして、ラジオ受信者の中間周波数フィルターにも見つけることができます。

セラミック共振器の分野における最近の開発は、周波数精度と温度依存性が大幅に向上しているため、USBインターフェイスや自動車電子機器のローカルネットワークなど、周波数安定クォーツzoscillの以前の典型的な領域にも争うことができます。これらの新しい開発は、処理方法と新しい材料の改善に基づいており、SMDセラミック共振器を0805形式（3.2 mm×1.2 mm）で提供することを可能にします。

1. ↑ ピエゾサイドコンバーター、バルボパンフレット、1968年
2. ↑ ^{a b} セラミック共振器 （PDF; 714 kb）。 Abraconアプリケーションノート。 2009年、2010年7月28日にアクセス。
3. ↑ テクニカルノート＃1：ピエゾセラミック、整合性テクノロジー、 [初め] @初め @2 テンプレート：dead link/f2b51f48-a-62cb3a1a-sites.googlegroups.com （2022年11月に見つかったページは利用できなくなりました。 Webアーカイブで検索します 。） 情報： リンクは、欠陥として自動的にマークされました。指示に従ってリンクを確認してから、このメモを削除してください。 （PDF; 31 kb）。 2016年2月7日にアクセス。
4. ↑ ヘルケ、ギュンター： 圧電セラミック、物理的特性、組成、製造プロセス、パラメーター、および実用的なアプリケーション
5. ↑ J.コッホ： Valvo Piezoxide（PXE）、特性および用途。 HütthigPligtion、1988、ISSBN 3-77,75-1755-175-4。
6. ↑ Phil Elliott、AVX、技術情報、Surface Mountセラミック共振器、 PDF
7. ↑ セラミック共振器プリンチプル、ECS、 PDF
8. ↑ ムラタ、セラミック共振器（Ceralockr）（CSTCE_G_A、8.00-13.99 MHz） PDF; 1.2 MB 。（2018年2月14日にアクセス）
9. ↑ Petermann-Technik GmbH、Mini-SMDクリスタルシリーズSMD03025/4 アーカイブコピー （ 記念 の オリジナル 2016年2月14日から インターネットアーカイブ ）） 情報： アーカイブリンクは自動的に使用されており、まだチェックされていません。指示に従ってオリジナルとアーカイブのリンクを確認してから、このメモを削除してください。 @初め @2 テンプレート：webachiv/iabot/www.petermann-technik.com （2016年2月7日にアクセス）
10. ↑ ムラタ、セラミック共振器セラミック共振器（Ceralock）
11. ↑ Ulrich L. Rohde：セラミック共振器発振器チャレンジソーパフォーマンス、マイクロ波＆RF、2003年9月、 [2] （2016年2月14日にアクセス; EDオンラインID＃5895）。
12. ↑ ^{a b c d そうです} そのカブス、ムラタ、elektroniknet.de、17。2008年4月、 Keramikresonatoren Vs. quarzoszillatoren （ 記念 の オリジナル 2011年11月19日から インターネットアーカイブ ）） 情報： アーカイブリンクは自動的に使用されており、まだチェックされていません。指示に従ってオリジナルとアーカイブのリンクを確認してから、このメモを削除してください。 @初め @2 テンプレート：webachiv/iabot/www.elektroniknet.de と [3] （2016年2月14日にアクセス）
13. ↑ Piezokeramischer共振器。 In：Dieter Sautter、Hans Weinerth： レキシコンエレクトロニクスとマイクロエレクトロニクス。 Vdi-Pollailh、1990、IBNN 3-18-400896-7、S。507（ 限られたプレビュー Google Book検索で）。
14. ↑ 8ピンフラッシュベースの8ビットCMOSマイクロコントローラー、PIC12F629/675データシート、 （PDF; 5,0 MB） （2016年2月14日にアクセス）