I. Fororð
Kristall-oscillatorar, sum kjarnufrekvensstýringarpartar, eru nógv brúktir í ídnaðarútgerð, trygdareftirlitsskipanum, medisinskum tólum, bilelektronikki, snildfonum og øðrum økjum. Frá einum makro-sjónarhorni er byggingin av globalum kunningarinfrakervi innanhýsis knýtt at menningini av krystall-oscillatorum. Henda greinin greinar systematiskt tøkniligu menningina av kristall-oscillatorum-frá uppdagan av piezoelektrisku effektini til nano-skala pakking-avdúkar, hvussu teir hava drivið menniskjansliga tøkniliga framgongd gjøgnum fýra ídnaðarkollveltingar.
II. Menningarsøgan hjá kristall-oscillatorum
1. Tøkniliga upplýsingartíðin
Í 1880 funnu beiggjarnir Jacques og Pierre Curie útav, at um mekanisk álag varð lagt á kvartskrystallplátur, so gav tað eina elektriska løðingsforskurðing, og legði upp til hugtakiðpiezoelektrisk ávirkan.
Piezoelektrisk effektmeginregla: Tá trýst verður lagt á piezoelektriskt tilfar, verður ein elektriskur potentialmunur framleiddur (kendur sumbeinleiðis piezoelektrisk ávirkan). Umvent framleiðir tað, at spenningur verður lagdur á, mekaniskan álag (tannumvend piezoelektrisk ávirkan). Um trýstið inniber há-frekventar vibratiónir, so framleiðir tað há-frekventar elstreymar. Tá ið há-frekvent el-signal verða sett á piezoelektriskan keramikk, framleiða tey há-frekvent akustisk signal (mekaniskar vibratiónir), vanliga kend sum .ultraljóð signal.
Í 1918 granskaði Paul Langevin við at brúka kvartskrystallplátur til at menna tíðliga sonarskipanir til kavbátakanning. Hetta fevndi um at integrera fleiri sonarfunktiónir til umfatandi kunningarviðgerð og miðsavnaða stýring fyri at lúka taktisk krøv, herundir larmleiðslufinning, ekko-ranging, sonarpuls-avdúking, mark-identifikatión og torpedo-ávaring. Langevin brúkti X-skorið kvartsplátur til at framleiða og uppdaga ljóðbylgjur undir vatni.
Í 1921 patenteraði professarin W. G. Cady á Wesleyan universitetinum kvartskrystall-oscillatorin. Hansara patent brúkti kvartskrystallresonatorar til at stýra oscillatorfrekvensinum og lýsti kvartsstrikur/plátur sum frekvensstandard og filtur. Sostatt er Cady víðagitin sum tann fyrsti, sum brúkar kvartskrystallar til frekvensstýring í oscillatorrásum.
Í 1923 mentist Harvard professarin G. W. Pierce eina kristall-oscillator-rás, sum setti kristallin millum netið og anoduna á einum vakuumrørventili-ein forgangsmaður til Pierce-oscillator-uppsetingina.
Í 1925 setti Westinghouse Electric upp ein krystall-oscillator sum høvuðs-oscillator til teirra útvarpsstøð KDKA.
Van Dyke mentist javnvirðis rásmodellið til kvartskrystallresonatorar. Henda rásin hevur tveir resonansfrekvensir: tannrøð resonansfrekvensur (fs), har Lg-Cg-Rg greinin resonerar, og .parallelur resonansfrekvensur (fp), samlaðu rásarresonansuna. Av tí at Cg < C0 eru hesir frekvensir sera tættir. Reaktans-frekvenseginleikin vísir induktiv atferð millum fs og fp, og kapasitiv atferð aðrastaðni.
Í 1926 vórðu Y-skorið krystallar funnir og nýttir. Inntil tá vóru bert X-skorið kvartskrystallar nýtt. Meðan X-skurðar krystallar høvdu ein hitastuðul uppá ~-20ppm/ stig , vístu Y-skurðar krystallar ~+100ppm/ stig , sum vísti, at ymisk kristallskurðar kundu geva ymiskar hitastuðlar.
Í 1927 mentist Warren Marrison frá Bell Labs fyrsta kvartskrystall-oscillatorstandardin.
Í 1928 skapti Warren Marrison fyrstu kvartskrystallklokkuna á telefonkanningarstovuni Bell. Kvartsklokkur avloystu neyvleika pendulklokkur sum heimsins mest nágreiniligu tíðarteljarar (til atomklokkur).
Atomklokkurbrúka elektromagnetiskar bylgjur, sum verða sendar út undir atomorku upptøku/loysing til tíðarfesting, og fáa nágreinileika uppá ~1 sekund feil um 20 milliónir ár-í løtuni heimsins mest nágreiniliga tíðarhaldstól.
Í 1934 komu AT- og BT{2}}skorið kvartskrystallresonatorar fram, sum Lack/Willard/Fair (USA), Koga (Japan) og Beckmann/Straubel (Týskland) sjálvstøðugt funnu.
2. F&U-tíðarskeiðið: Hópframleiðsla av kristall-oscillatorum
Í 1950 vórðu atomklokkur ment. Kvartsklokkur fingu í mesta lagi 1 sekund yvir 30 ár (30ms/ár). Bell Labs var undangongumaður í eini hydrotermiskari tilgongd til vinnuligan-skala kvartskrystallvøkstur.
3. Menningartíðarskeiðið: Hópframleiðsla & Skift frá hernaðarligari til sivila nýtslu
Í 1968 fann Juergen Staudte frá North American Aviation uppá fotolitografitilgongdina til at framleiða kvartskrystall-oscillatorar, sum gjørdi tað møguligt at gera miniaturisering til flytiligar vørur sum ur.
Í 1976 gjørdust fyrstu SC-skurðu krystallarnir tøkir. Fyrst og fremst nýtt í ovn-stýrdum krystall-oscillatorum (OCXO) orsakað av teirra optimala hitastuðli við OCXO rakstrarhita.
4. Skjóta menningartíðin: Fjølbroyttar forrit innan elektronikk
Frá 1990 til dagin í dag hava kvarts-oscillatorar ment seg frá DIP til smærri SMD-pakkar, og skift frá siðbundnum metal-hyljum til plast/metal/keramikk-innpakking. Krøvini til neyvleika og títtleika eru vaksin, og krevja fínari framleiðslugongdir. Forrit víðkaðust frá nisjunýtslu til ymisk øki sum 5G, IoT, bil elektronikk, snild heilsuverk og snild tól.
III. Samanumtøka
70+ árini frá 1880 til 1956 vóru grundleggjandi tíðarskeiðið hjá kvarts-oscillatorum, sum vóru eyðkendir av slóðbrótandi uppfinningum og ávirkandi nýskaparum. Framgongdin í kvartstøkni endurspegla eina stigvísa tilgongd av uppdagan, skil og menning-framgongdir kunnu ikki skundast.