分析模擬音叉表晶有限元法得出怎樣的結果?

來源：金洛鑫瀏覽：- 發布日期：2019-04-29 09:46:32【大中小】

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從上個世紀開始，32.768K頻率小體積的圓柱音叉表晶，就被大量應用于各種電子產品，消費類產品身上，比較熱門的是2*6和3*8這兩種封裝的，還有一種更小的5.0*1.5mm圓柱晶振。雖然品質和穩定性沒有后來用的貼片晶振好，但是勝在價格低廉，適合大范圍使用，降低生產工廠的成本。直到現在，仍有許多電子，鐘表和其他中低端產品的工廠，仍在使用音叉表晶，國產或進口品牌都有使用。

這是針對幾種類型支撐結構在32.768kHz下工作的小型石英音叉的初步研究。可以通過Euler-Bernoulli方程（精確解）計算齒長和齒寬，但由于基礎設計的靈活性，基礎應通過FEM（近似解）進行分析。有限元法（FEM）軟件ANSYS用于模擬音叉石英晶體以從諧波分析中提取電響應。通過仿真比較幾種類型的支撐結構與帶凹口的改進音叉。

石英音叉的設計早期被視為U形模型，并且分析方法來自J.A.的傳遞矩陣法。Kusters和......等。在70年代。模型（圖1）被分成幾個部分，假設每個部分操作彎曲和長度-伸展模式，然后提取系統的特征頻率。上述方法中石英音叉的底座不包括旋轉慣性效應。90年代，HideakiItoh和......等。同時將石英音叉作為U形模型，類似于L形的右半部分由三個條組成，然后通過Sezawa的近似計算系統的特征頻率。但在基礎上，頻率方程被認為是彎曲模式。基于Euler-Bernoulli方程的假設，該方程應適用于長桿而不是短桿（TuningForkBase）。在80年代，ShihS.Chuang介紹了包括轉動慣量效應在內的彎曲模式的頻率方程，包括轉動慣量效應在內的頻率方程適用于小長度與齒寬和小頻率音叉晶振的比例。石英音叉采用了一種彎曲模式，由ShihS.Chuang開發。

圖1.U形音叉模型

為了改善石英音叉的電氣特性，YoshiroTomikawa提出了改進的基部寬度和臂角切斷（圖2）。這些想法確實用于實際產品中，以提高更好的電氣特性，如更高的品質因數和更低的阻力等。2003年，FumitakaKitamura申請了一種新的基座形狀-凹口，位于齒和安裝區域之間（圖3），以便在音叉晶體單元的小型化中獲得良好的電氣特性。

圖2.改進的音叉，臂角被切掉，底座寬度為

圖3.帶凹口的改進音叉

眾所周知，石英音叉單元已經在很多領域中使用，特別是在手表中使用了很長時間。由于手表的寬敞空間，音叉單元的尺寸不是最重要的問題。然而，音叉單元的尺寸問題更為重要，因為手機營銷的增長和消費電子產品的多功能需求在過去十年中變得越來越強烈。石英音叉單元不僅需要滿足狹小空間，還需要保持井電特性。如今，用于手機的音叉單元的流行封裝尺寸為4.1x1.5mm和3.2*1.5晶振。最近，開發出最小的石英音叉單元2.0x1.2mm2。那些石英音叉單元比以前小很多。

對于小型石英音叉單元的設計，應減小齒長和底座長度以適應狹小空間。由于在32.768K晶振下運行的Euler-Bernoulli方程控制的齒的長度與齒的寬度之間存在關系，因此齒長的減小是有限的。因此，我們專注于基礎形狀的分析，以獲得適當的基礎形狀和尺寸，以滿足狹小空間和良好的電氣特性的要求。

音叉的設計首先從Euler-Bernoulli方程中用無夾邊界條件提取齒寬和齒長，然后用FEM軟件（ANSYS，Inc。）模擬音叉晶振32.768K。封裝尺寸為3.2x1.5mm，內部尺寸為2.45x0.8mm。幾種類型的石英音叉單元支撐結構應與帶有缺口的改進音叉進行比較（圖3）。

從插件型到貼片型的轉換不過十幾年的時間，金洛鑫電子成立之初，也是從生產圓柱表晶開始做起的，到現在做的型號和類型也越來越多，但圓柱型的音叉晶體，仍有許多長期合作的客戶在用。金洛鑫電子供應的1*5，2*6和3*8的圓柱晶體品牌主要有愛普生晶振，KDS晶振，精工晶振以及我們自己量產的JL品牌，如需詳細資料或有意訂購，請撥打咨詢熱線：0755-27837162，我們將為您提供完善的晶振服務！

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