مذبذب بلوري

مرنان بلوري

بلورة كوارتز مصغرة بتردد 16 ميجا هرتز محاطة بحزمة HC-49/S محكمة الغلق ، تستخدم كمرنان في مذبذب بلوري.
يكتب	الكهروميكانيكية
مبدأ العمل	الكهرباء الضغطية والرنين
مخترع	ألكسندر م. نيكلسون ، والتر جيتون كادي
الإنتاج الأول	1918
الرمز الالكتروني

المذبذب البلوري هو دائرة مذبذب إلكترونية تستخدم بلورة كهرضغطية كعنصر انتقائي للتردد . ^{[1] [2] [3]} غالبًا ما يستخدم تردد المذبذب لتتبع الوقت، كما هو الحال في ساعات الكوارتز اليدوية ، لتوفير إشارة ساعة مستقرة للدوائر المتكاملة الرقمية ، وتثبيت الترددات لأجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية . النوع الأكثر شيوعًا من الرنانات الكهرضغطية المستخدمة هو بلورة الكوارتز ، لذلك أصبحت دوائر المذبذب التي تتضمنها تُعرف باسم مذبذبات الكريستال. ^[1] ومع ذلك، تُستخدم مواد كهرضغطية أخرى بما في ذلك السيراميك متعدد البلورات في دوائر مماثلة.

يعتمد مذبذب البلورة على التغيير الطفيف في شكل بلورة الكوارتز تحت تأثير مجال كهربائي ، وهي خاصية تُعرف باسم الكهرباء الانضغاطية العكسية . يتسبب الجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية الموجودة على البلورة في تغيير شكلها؛ وعندما يُزال الجهد، تولد البلورة جهدًا صغيرًا حيث تعود مرنًا إلى شكلها الأصلي. يتذبذب الكوارتز بتردد رنيني مستقر (مقارنةً بالمذبذبات الأخرى منخفضة السعر) بدقة تردد تقاس بالأجزاء في المليون (ppm). يتصرف مثل دائرة RLC ، ولكن بعامل Q أعلى بكثير (فقدان طاقة أقل في كل دورة من التذبذب وانتقائية تردد أعلى) مما يمكن تحقيقه بشكل موثوق باستخدام المكثفات المنفصلة (C) والمحثات (L)، والتي تعاني من المقاومة الطفيلية (R). بمجرد ضبط بلورة الكوارتز على تردد معين (يتأثر بكتلة الأقطاب الكهربائية المرفقة بالبلورة، واتجاه البلورة، ودرجة الحرارة وعوامل أخرى)، فإنه يحافظ على هذا التردد بثبات عالٍ. ^[4]

يتم تصنيع بلورات الكوارتز للترددات من بضع عشرات من الكيلوهرتز إلى مئات الميجا هرتز. اعتبارًا من عام 2003، تم تصنيع حوالي ملياري بلورة سنويًا. [5] تُستخدم معظمها في الأجهزة الاستهلاكية مثل الساعات اليدوية والساعات وأجهزة الراديو وأجهزة الكمبيوتر ^{والهواتف} المحمولة . ومع ذلك ، في التطبيقات التي تتطلب حجمًا ووزنًا صغيرين، يمكن استبدال البلورات بأجهزة الرنين الصوتية السائبة ذات الأغشية الرقيقة ، خاصةً إذا كانت هناك حاجة إلى رنين عالي التردد (أكثر من 1.5 جيجا هرتز تقريبًا). توجد بلورات الكوارتز أيضًا داخل معدات الاختبار والقياس، مثل العدادات ومولدات الإشارات وأجهزة قياس الذبذبات .

المذبذب البلوري هو دائرة من نوع المذبذب الكهربائي تستخدم مرنانًا كهرضغطي، وهو بلورة، كعنصر لتحديد التردد. البلورة هو المصطلح الشائع المستخدم في الإلكترونيات للمكون الذي يحدد التردد، وهو رقاقة من بلورة الكوارتز أو السيراميك مع أقطاب كهربائية متصلة بها. المصطلح الأكثر دقة لـ "البلورة" هو مرنان كهرضغطي . تُستخدم البلورات أيضًا في أنواع أخرى من الدوائر الإلكترونية، مثل مرشحات البلورة .

تُباع الرنانات الكهرضغطية كمكونات منفصلة لاستخدامها في دوائر المذبذب البلوري. كما يتم دمجها غالبًا في حزمة واحدة مع دائرة المذبذب البلوري.

تم اكتشاف الكهرباء الانضغاطية بواسطة جاك وبيير كوري في عام 1880. قام بول لانجفين أولاً بالتحقيق في مرنانات الكوارتز لاستخدامها في السونار أثناء الحرب العالمية الأولى. تم بناء أول مذبذب يتم التحكم فيه بالبلورة ، باستخدام بلورة ملح روشيل ، في عام 1917 وتم تسجيل براءة اختراعه ^[6] في عام 1918 بواسطة ألكسندر إم نيكلسون في مختبرات بيل للهاتف ، على الرغم من أن أولويته كانت محل نزاع من قبل والتر جايتون كادي . ^[7] بنى كادي أول مذبذب بلوري كوارتز في عام 1921. ^[8] ومن بين المبتكرين الأوائل الآخرين في مذبذبات بلوري الكوارتز جي دبليو بيرس ولويس إيسن .

تم تطوير مذبذبات بلورات الكوارتز للمراجع الترددية عالية الاستقرار خلال عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين. قبل البلورات، كانت محطات الراديو تتحكم في ترددها بدوائر مضبوطة ، والتي يمكن أن تنحرف بسهولة عن التردد بمقدار 3-4 كيلو هرتز. ^[9] نظرًا لأن محطات البث تم تخصيص ترددات لها بفارق 10 كيلو هرتز فقط (الأمريكتان) أو 9 كيلو هرتز (في أماكن أخرى)، كان التداخل بين المحطات المجاورة بسبب انجراف التردد مشكلة شائعة. ^[9] في عام 1925، قامت شركة وستنجهاوس بتركيب مذبذب بلوري في محطتها الرئيسية KDKA، ^[9] وبحلول عام 1926، تم استخدام بلورات الكوارتز للتحكم في تردد العديد من محطات البث وكانت شائعة لدى مشغلي الراديو الهواة. ^[10] في عام 1928، طور وارن ماريسون من مختبرات بيل أول ساعة كوارتز-بلورية . مع دقة تصل إلى ثانية واحدة في 30 عامًا (30 مللي ثانية/سنة، أو 0.95 نانوثانية/ثانية)، ^[8] حلت ساعات الكوارتز محل ساعات البندول الدقيقة باعتبارها أكثر أجهزة ضبط الوقت دقة في العالم حتى تم تطوير الساعات الذرية في الخمسينيات. باستخدام العمل المبكر في مختبرات بيل، أنشأت شركة الهاتف والتلغراف الأمريكية (AT&T) في النهاية قسم منتجات التحكم في التردد، والذي انفصل لاحقًا ويعرف اليوم باسم Vectron International. ^[11]

بدأ عدد من الشركات في إنتاج بلورات الكوارتز للاستخدام الإلكتروني خلال هذا الوقت. باستخدام ما يُعتبر الآن طرقًا بدائية، تم إنتاج حوالي 100000 وحدة بلورية في الولايات المتحدة خلال عام 1939. خلال الحرب العالمية الثانية، تم تصنيع البلورات من بلورات الكوارتز الطبيعية، وكلها تقريبًا من البرازيل . أدى نقص البلورات أثناء الحرب الناجم عن الطلب على التحكم الدقيق في تردد أجهزة الراديو والرادارات العسكرية والبحرية إلى تحفيز البحث بعد الحرب في زراعة الكوارتز الاصطناعي، وبحلول عام 1950 تم تطوير عملية حرارية مائية لزراعة بلورات الكوارتز على نطاق تجاري في مختبرات بيل. بحلول سبعينيات القرن العشرين، كانت جميع البلورات المستخدمة في الإلكترونيات تقريبًا صناعية.

في عام 1968، اخترع يورجن ستودت عملية الطباعة الضوئية لتصنيع مذبذبات بلورات الكوارتز أثناء عمله في شركة نورث أميركان للطيران ( روكويل حاليًا ) والتي سمحت بتصنيعها بحجم صغير بما يكفي للمنتجات المحمولة مثل الساعات. ^[12]

على الرغم من أن المذبذبات البلورية لا تزال تستخدم بلورات الكوارتز بشكل شائع، إلا أن الأجهزة التي تستخدم مواد أخرى أصبحت أكثر شيوعًا، مثل الرنانات الخزفية .

البلورة هي مادة صلبة تتجمع فيها الذرات أو الجزيئات أو الأيونات المكونة لها في نمط منتظم ومتكرر يمتد في جميع الأبعاد المكانية الثلاثة.

يمكن استخدام أي جسم مصنوع من مادة مرنة تقريبًا مثل البلورة، مع المحولات المناسبة ، حيث أن جميع الأجسام لها ترددات رنين طبيعية للاهتزاز . على سبيل المثال، الفولاذ مرن للغاية وله سرعة صوت عالية. غالبًا ما كان يستخدم في المرشحات الميكانيكية قبل الكوارتز. يعتمد التردد الرنيني على الحجم والشكل والمرونة وسرعة الصوت في المادة. عادة ما يتم قطع البلورات عالية التردد على شكل مستطيل بسيط أو قرص دائري. عادة ما يتم قطع البلورات منخفضة التردد، مثل تلك المستخدمة في الساعات الرقمية، على شكل شوكة رنانة . بالنسبة للتطبيقات التي لا تحتاج إلى توقيت دقيق للغاية، غالبًا ما يتم استخدام مرنان سيراميك منخفض التكلفة بدلاً من بلورة الكوارتز.

عندما يتم قطع بلورة الكوارتز وتركيبها بشكل صحيح، يمكن جعلها تتشوه في مجال كهربائي عن طريق تطبيق جهد على قطب كهربائي بالقرب من البلورة أو عليها. تُعرف هذه الخاصية بالكهرباء الانضغاطية العكسية. عندما يُزال المجال، يولد الكوارتز مجالًا كهربائيًا أثناء عودته إلى شكله السابق، ويمكن أن يؤدي هذا إلى توليد جهد. والنتيجة هي أن بلورة الكوارتز تتصرف مثل دائرة RLC ، المكونة من محث ومكثف ومقاوم ، بتردد رنين دقيق .

يتمتع الكوارتز بميزة أخرى تتمثل في أن ثوابته المرنة وحجمه يتغيران بطريقة تجعل اعتماد التردد على درجة الحرارة منخفضًا جدًا. تعتمد الخصائص المحددة على طريقة الاهتزاز والزاوية التي يتم بها قطع الكوارتز (بالنسبة لمحاوره البلورية). ^[13] لذلك، فإن التردد الرنان للوحة، والذي يعتمد على حجمها، لا يتغير كثيرًا. وهذا يعني أن ساعة الكوارتز أو المرشح أو المذبذب تظل دقيقة. بالنسبة للتطبيقات الحرجة، يتم تثبيت مذبذب الكوارتز في حاوية يتم التحكم في درجة حرارتها، تسمى فرن البلورة ، ويمكن أيضًا تثبيته على ممتصات الصدمات لمنع الاضطراب الناتج عن الاهتزازات الميكانيكية الخارجية.

يمكن نمذجة بلورة الكوارتز كشبكة كهربائية ذات نقاط رنين منخفضة المقاومة (متسلسلة) وعالية المقاومة (متوازية) متباعدة عن بعضها البعض بشكل وثيق. رياضيًا، باستخدام تحويل لابلاس ، يمكن كتابة معاوقة هذه الشبكة على النحو التالي:

${\displaystyle Z(s)=\left({{\frac {1}{s\cdot C_{1}}}+s\cdot L_{1}+R_{1}}\right)\left\|\left({\frac {1}{s\cdot C_{0}}}\right)\right.,}$

أو

${\displaystyle {\begin{aligned}Z(s)&={\frac {s^{2}+s{\frac {R_{1}}{L_{1}}}+{\omega _{\mathrm {s} }}^{2}}{\left(s\cdot C_{0}\right)\left[s^{2}+s{\frac {R_{1}}{L_{1}}}+{\omega _{\mathrm {p} }}^{2}\right]}}\\[2pt]\Rightarrow \omega _{\mathrm {s} }&={\frac {1}{\sqrt {L_{1}\cdot C_{1}}},\quad \omega _{\mathrm {p} }={\sqrt {\frac {C_{1}+C_{0}}{L_{1}\cdot C_{1}\cdot C_{0}}}}=\omega _{\mathrm {s} }{\sqrt {1+{\frac {C_{1}}{C_{0}}}}\approx \omega _{\mathrm {s} }\left(1+{\frac {C_{1}}{2C_{0}}}\right)\quad \left(C_{0}\gg C_{1}\right)\end{aligned}}}$

حيث هو التردد المركب ( )، هو التردد الزاوي الرنيني المتسلسل ، و هو التردد الزاوي الرنيني الموازي. ${\displaystyle s}$${\displaystyle s=j\omega }$${\displaystyle \omega _{\mathrm {s} }}$${\displaystyle \omega _{\mathrm {p} }}$

يؤدي إضافة السعة عبر البلورة إلى انخفاض التردد الرنيني (المتوازي). يؤدي إضافة المحاثة عبر البلورة إلى زيادة التردد الرنيني (المتوازي). يمكن استخدام هذه التأثيرات لضبط التردد الذي تتذبذب به البلورة. يقوم مصنعو البلورات عادةً بقطع وترميم بلوراتهم ليكون لها تردد رنين محدد مع إضافة سعة "حمل" معروفة إلى البلورة. على سبيل المثال، يكون للبلورة المخصصة لحمل 6 بيكو فاراد تردد رنين موازٍ محدد عند وضع مكثف 6.0 بيكو فاراد عبرها. بدون سعة الحمل، يكون التردد الرنيني أعلى.

توفر بلورة الكوارتز كلاً من الرنين المتسلسل والمتوازي. الرنين المتسلسل أقل ببضعة كيلوهرتز من الرنين المتوازي. تعمل البلورات التي تقل تردداتها عن 30 ميجاهرتز بشكل عام بين الرنين المتسلسل والمتوازي، مما يعني أن البلورة تظهر كمفاعلة حثية في التشغيل، حيث تشكل هذه المحاثة دائرة رنين متوازية بسعة متوازية متصلة خارجيًا.

إن أي سعة إضافية صغيرة بالتوازي مع البلورة تسحب التردد إلى الأسفل. وعلاوة على ذلك، يمكن تقليل المفاعلة الحثية الفعالة للبلورة عن طريق إضافة مكثف متصل على التوالي مع البلورة. يمكن أن توفر هذه التقنية الأخيرة طريقة مفيدة لتقليص التردد التذبذبي ضمن نطاق ضيق؛ في هذه الحالة يؤدي إدخال مكثف متصل على التوالي مع البلورة إلى رفع تردد التذبذب. لكي تعمل البلورة عند ترددها المحدد، يجب أن تكون الدائرة الإلكترونية هي بالضبط تلك المحددة من قبل الشركة المصنعة للبلورة. لاحظ أن هذه النقاط تعني دقة فيما يتعلق بمذبذبات البلورة في هذا النطاق الترددي: لا تتذبذب البلورة عادةً عند أي من تردداتها الرنانة على وجه التحديد.

يتم تشغيل البلورات التي تزيد عن 30 ميجا هرتز (حتى >200 ميجا هرتز) بشكل عام عند الرنين المتسلسل حيث تظهر المعاوقة عند أدنى حد لها وتساوي المقاومة المتسلسلة. بالنسبة لهذه البلورات، يتم تحديد المقاومة المتسلسلة (<100 Ω) بدلاً من السعة المتوازية. للوصول إلى ترددات أعلى، يمكن جعل البلورة تهتز عند أحد أوضاع النغمة العليا الخاصة بها ، والتي تحدث بالقرب من مضاعفات تردد الرنين الأساسي. يتم استخدام النغمات العليا ذات الأرقام الفردية فقط. يشار إلى مثل هذه البلورة باسم بلورة النغمة العليا الثالثة أو الخامسة أو حتى السابعة. لتحقيق ذلك، تتضمن دائرة المذبذب عادةً دوائر LC إضافية لاختيار النغمة العليا المطلوبة.

تعتمد خاصية تردد البلورة على شكل البلورة أو "قطعها". عادةً ما يتم قطع بلورة شوكة الرنانة بحيث يكون اعتماد ترددها على درجة الحرارة من الدرجة الثانية مع الحد الأقصى عند حوالي 25 درجة مئوية. ^{[ بحاجة لمصدر ]} وهذا يعني أن مذبذب بلورة شوكة الرنانة يتردد بالقرب من تردده المستهدف في درجة حرارة الغرفة، ولكنه يتباطأ عندما تزيد درجة الحرارة أو تنخفض عن درجة حرارة الغرفة. معامل مكافئ شائع لبلورة شوكة الرنانة 32 كيلو هرتز هو −0.04 جزء في المليون/درجة مئوية ² : ^{[ بحاجة لمصدر ]}

${\displaystyle f=f_{0}\left[1-0.04~{\text{ppm}}/^{\circ}{\text{C}}^{2}\cdot (T-T_{0})^{2}\right].}$

في التطبيق الحقيقي، هذا يعني أن الساعة المبنية باستخدام بلورة شوكة رنانة عادية بتردد 32 كيلو هرتز تحافظ على الوقت الجيد في درجة حرارة الغرفة، ولكنها تفقد دقيقتين سنويًا عند 10 درجات مئوية فوق أو تحت درجة حرارة الغرفة وتفقد 8 دقائق سنويًا عند 20 درجة مئوية فوق أو تحت درجة حرارة الغرفة بسبب بلورة الكوارتز.

تحافظ دائرة مذبذب البلورة على التذبذب من خلال أخذ إشارة جهد من مرنان الكوارتز ، وتضخيمها، وإعادتها إلى الرنان. معدل تمدد وانكماش الكوارتز هو التردد الرنان ، ويتم تحديده من خلال القطع وحجم البلورة. عندما تتطابق طاقة ترددات الإخراج المولدة مع الخسائر في الدائرة، يمكن الحفاظ على التذبذب.

تحتوي بلورة المذبذب على لوحين موصلين للكهرباء، مع شريحة أو شوكة رنانة من بلورة الكوارتز محصورة بينهما. أثناء بدء التشغيل، تضع دائرة التحكم البلورة في حالة توازن غير مستقرة ، وبسبب التغذية الراجعة الإيجابية في النظام، يتم تضخيم أي جزء صغير من الضوضاء ، مما يزيد من التذبذب. يمكن أيضًا اعتبار مرنان البلورة كمرشح انتقائي للغاية للتردد في هذا النظام: فهو يمرر فقط نطاقًا فرعيًا ضيقًا للغاية من الترددات حول النطاق الرنان، مما يضعف كل شيء آخر. في النهاية، يكون التردد الرنان فقط نشطًا. مع تضخيم المذبذب للإشارات الصادرة من البلورة، تصبح الإشارات في نطاق تردد البلورة أقوى، وتهيمن في النهاية على خرج المذبذب. يقوم نطاق الرنين الضيق لبلورة الكوارتز بتصفية الترددات غير المرغوب فيها.

يمكن أن يكون تردد خرج مذبذب الكوارتز إما تردد الرنين الأساسي أو مضاعفًا لذلك الرنين، ويُسمى التردد التوافقي . التوافقيات هي مضاعفات عددية صحيحة دقيقة للتردد الأساسي. ولكن، مثل العديد من الرنانات الميكانيكية الأخرى، تُظهِر البلورات عدة أنماط من التذبذب، عادةً عند مضاعفات عددية فردية تقريبًا للتردد الأساسي. تُسمى هذه "أنماط التوافقيات"، ويمكن تصميم دوائر المذبذب لإثارتها. تكون أنماط التوافقيات عند ترددات تقريبية، ولكنها ليست مضاعفات عددية فردية دقيقة لنمط التوافقيات الأساسي، وبالتالي فإن ترددات التوافقيات ليست توافقيات دقيقة للنمط الأساسي.

غالبًا ما يتم تصميم البلورات عالية التردد للعمل عند النغمات التوافقية الثالثة أو الخامسة أو السابعة. يواجه المصنعون صعوبة في إنتاج بلورات رقيقة بما يكفي لإنتاج ترددات أساسية تزيد عن 30 ميجا هرتز. لإنتاج ترددات أعلى، يصنع المصنعون بلورات توافقية مضبوطة لوضع النغمة التوافقية الثالثة أو الخامسة أو السابعة عند التردد المطلوب، لأنها أكثر سمكًا وبالتالي أسهل في التصنيع من البلورة الأساسية التي تنتج نفس التردد - على الرغم من أن إثارة تردد النغمة التوافقية المطلوب يتطلب دائرة مذبذب أكثر تعقيدًا قليلاً. ^{[14] [15] [16] [17] [18]} دائرة مذبذب البلورة الأساسية أبسط وأكثر كفاءة ولديها قابلية سحب أكبر من دائرة النغمة التوافقية الثالثة. اعتمادًا على الشركة المصنعة، قد يكون أعلى تردد أساسي متاح من 25 ميجا هرتز إلى 66 ميجا هرتز. ^{[19] [20]}

أحد الأسباب الرئيسية للاستخدام الواسع النطاق للمذبذبات البلورية هو عامل Q المرتفع الخاص بها. تتراوح قيمة Q النموذجية لمذبذب الكوارتز من 10 ⁴ إلى 10 ⁶ ، مقارنة ربما بـ 10 ² لمذبذب LC . يمكن تقدير الحد الأقصى لـ Q لمذبذب الكوارتز عالي الاستقرار على أنه Q = 1.6 × 10 ⁷ / f ، حيث f هو التردد الرنان بالميجا هرتز. ^{[21] [22]}

من أهم سمات مذبذبات بلورات الكوارتز أنها يمكن أن تظهر ضوضاء طورية منخفضة للغاية . في العديد من المذبذبات، يتم تضخيم أي طاقة طيفية عند التردد الرنان بواسطة المذبذب، مما يؤدي إلى مجموعة من النغمات في مراحل مختلفة. في مذبذب البلورة، تهتز البلورة في الغالب في محور واحد، وبالتالي فإن طورًا واحدًا فقط هو المسيطر. تجعل خاصية ضوضاء الطور المنخفضة هذه مفيدة بشكل خاص في الاتصالات السلكية واللاسلكية حيث تكون هناك حاجة إلى إشارات مستقرة، وفي المعدات العلمية حيث تكون هناك حاجة إلى مراجع زمنية دقيقة للغاية.

يمكن للتغيرات البيئية في درجة الحرارة والرطوبة والضغط والاهتزاز أن تغير التردد الرنان لبلورة الكوارتز، ولكن هناك العديد من التصميمات التي تقلل من هذه التأثيرات البيئية. وتشمل هذه التصميمات TCXO وMCXO و OCXO والتي تم تعريفها أدناه. غالبًا ما تنتج هذه التصميمات، وخاصة OCXO، أجهزة ذات استقرار قصير المدى ممتاز. ترجع القيود المفروضة على الاستقرار قصير المدى بشكل أساسي إلى الضوضاء الصادرة عن المكونات الإلكترونية في دوائر المذبذب. الاستقرار طويل المدى محدود بسبب شيخوخة البلورة.

بسبب الشيخوخة والعوامل البيئية (مثل درجة الحرارة والاهتزاز)، من الصعب الحفاظ حتى على أفضل المذبذبات الكوارتز ضمن جزء واحد في 10 ¹⁰ من ترددها الاسمي دون تعديل مستمر. لهذا السبب، تُستخدم المذبذبات الذرية للتطبيقات التي تتطلب استقرارًا ودقة أفضل على المدى الطويل.

بالنسبة للبلورات التي تعمل عند الرنين المتسلسل أو التي يتم سحبها بعيدًا عن الوضع الرئيسي عن طريق تضمين محث أو مكثف متسلسل، فقد يتم تجربة استجابات زائفة كبيرة (تعتمد على درجة الحرارة). على الرغم من أن معظم الأوضاع الزائفة تكون عادةً أعلى من الرنين المتسلسل المطلوب ببضع عشرات من الكيلوهرتز، فإن معامل درجة حرارتها يختلف عن الوضع الرئيسي، وقد تنتقل الاستجابة الزائفة عبر الوضع الرئيسي عند درجات حرارة معينة. حتى إذا بدت المقاومات المتسلسلة عند الرنينات الزائفة أعلى من تلك الموجودة عند التردد المطلوب، فقد يحدث تغيير سريع في المقاومة المتسلسلة للوضع الرئيسي عند درجات حرارة معينة عندما يكون الترددان متزامنين. إحدى عواقب انخفاض النشاط هذه هي أن المذبذب قد يقفل عند تردد زائف عند درجات حرارة معينة. يتم تقليل هذا بشكل عام عن طريق التأكد من أن دائرة الصيانة لديها مكسب غير كافٍ لتنشيط الأوضاع غير المرغوب فيها.

كما يتم توليد ترددات زائفة عن طريق تعريض البلورة للاهتزاز. وهذا يعمل على تعديل التردد الرنان بدرجة صغيرة عن طريق تردد الاهتزازات. تم تصميم البلورات المقطوعة بتقنية SC (المعوضة عن الإجهاد) لتقليل تأثير التردد الناتج عن الإجهاد المتزايد وبالتالي فهي أقل حساسية للاهتزاز. كما يتم تقليل تأثيرات التسارع بما في ذلك الجاذبية باستخدام البلورات المقطوعة بتقنية SC، وكذلك تغيير التردد مع الوقت بسبب اختلاف إجهاد التصاعد على المدى الطويل. هناك عيوب في بلورات وضع القص المقطوعة بتقنية SC، مثل الحاجة إلى أن يقوم المذبذب الثابت بالتمييز ضد الأوضاع غير المرغوب فيها الأخرى ذات الصلة الوثيقة وزيادة تغيير التردد بسبب درجة الحرارة عند الخضوع لنطاق محيط كامل. تعد بلورات القطع بتقنية SC أكثر فائدة حيث يكون التحكم في درجة الحرارة عند درجة حرارة معامل درجة الحرارة الصفري (الدوران) ممكنًا، وفي ظل هذه الظروف يمكن أن يقترب أداء الاستقرار الكلي من الوحدات المتميزة من استقرار معايير تردد الروبيديوم.

يمكن تصنيع البلورات للتذبذب على مدى واسع من الترددات، من بضعة كيلوهرتز إلى عدة مئات من الميجاهرتز. تتطلب العديد من التطبيقات تردد مذبذب بلوري مرتبط بشكل ملائم ببعض الترددات المرغوبة الأخرى، لذلك يتم تصنيع مئات الترددات البلورية القياسية بكميات كبيرة وتخزينها من قبل موزعي الإلكترونيات. على سبيل المثال، أصبحت البلورات 3.579545 ميجاهرتز، والتي تم تصنيعها بكميات كبيرة لأجهزة استقبال التلفزيون الملون NTSC ، شائعة الآن للعديد من التطبيقات غير التلفزيونية (على الرغم من أن معظم أجهزة استقبال التلفزيون الحديثة تستخدم الآن بلورات تردد أخرى لفك تشفير الألوان). باستخدام مقسمات التردد ومضاعفات التردد ودوائر الحلقة المغلقة الطور ، من العملي استنباط نطاق واسع من الترددات من تردد مرجعي واحد.

المادة الأكثر شيوعًا لبلورات المذبذب هي الكوارتز . في بداية التكنولوجيا، كانت تستخدم بلورات الكوارتز الطبيعية ولكن الآن الكوارتز البلوري الاصطناعي المزروع عن طريق التخليق الحراري المائي هو السائد بسبب نقائه الأعلى وتكلفته المنخفضة ومعالجته الأكثر ملاءمة. أحد الاستخدامات القليلة المتبقية للبلورات الطبيعية هو محولات الضغط في الآبار العميقة. خلال الحرب العالمية الثانية ولبعض الوقت بعد ذلك، اعتبرت الولايات المتحدة الكوارتز الطبيعي مادة استراتيجية . تم استيراد البلورات الكبيرة من البرازيل. يتم استيراد "lascas" الخام، الكوارتز المصدر للتخليق الحراري المائي، إلى الولايات المتحدة أو يتم استخراجه محليًا بواسطة Coleman Quartz. كان متوسط ​​قيمة الكوارتز الاصطناعي المزروع في عام 1994 60 دولارًا أمريكيًا / كجم. ^[23]

يوجد نوعان من بلورات الكوارتز: يسارية ويمنى. يختلف النوعان في دورانهما الضوئي ولكنهما متطابقان في خصائص فيزيائية أخرى. يمكن استخدام كل من البلورات اليسرى واليمنى للمذبذبات، إذا كانت زاوية القطع صحيحة. في التصنيع، يستخدم الكوارتز الأيمن بشكل عام. ^[24] تشكل رباعيات السطوح SiO ₄ حلزونات متوازية؛ يحدد اتجاه التواء الحلزون الاتجاه إلى اليسار أو اليمين. تصطف الحلزونات على طول المحور c وتندمج، وتتقاسم الذرات. تشكل كتلة الحلزونات شبكة من القنوات الصغيرة والكبيرة الموازية للمحور c. القنوات الكبيرة كبيرة بما يكفي للسماح ببعض الحركة للأيونات والجزيئات الأصغر عبر البلورة. ^[25]

يوجد الكوارتز في عدة مراحل. عند 573 درجة مئوية عند 1 جو (وفي درجات حرارة أعلى وضغوط أعلى) يخضع الكوارتز ألفا لانعكاس الكوارتز ، ويتحول بشكل عكسي إلى كوارتز بيتا. ومع ذلك، فإن العملية العكسية ليست متجانسة تمامًا ويحدث توأمة البلورات . يجب توخي الحذر أثناء التصنيع والمعالجة لتجنب تحول الطور. المراحل الأخرى، مثل المراحل ذات درجات الحرارة الأعلى مثل التريديميت والكريستوبالايت ، ليست مهمة للمذبذبات. جميع بلورات مذبذب الكوارتز هي من نوع الكوارتز ألفا.

تُستخدم مطيافية الأشعة تحت الحمراء كواحدة من الطرق لقياس جودة البلورات المزروعة. تُستخدم عادةً الأرقام الموجية 3585 و3500 و3410 سم ^{-1 . تعتمد القيمة المقاسة على} نطاقات الامتصاص للجذر OH ويتم حساب قيمة Q بالأشعة تحت الحمراء. تتمتع بلورات الدرجة الإلكترونية، الدرجة C، بقيمة Q تبلغ 1.8 مليون أو أكثر؛ وتتمتع بلورات الدرجة الممتازة B بقيمة Q تبلغ 2.2 مليون، وتتمتع بلورات الدرجة الممتازة A الخاصة بقيمة Q تبلغ 3.0 مليون. يتم حساب قيمة Q فقط لمنطقة z؛ يمكن أن تتأثر البلورات التي تحتوي على مناطق أخرى سلبًا. مؤشر جودة آخر هو كثافة قناة الحفر؛ عندما يتم حفر البلورة ، يتم إنشاء قنوات أنبوبية على طول العيوب الخطية. بالنسبة للمعالجة التي تنطوي على الحفر، على سبيل المثال بلورات شوكة الرنين في ساعة اليد، تكون كثافة قناة الحفر المنخفضة مرغوبة. تبلغ كثافة قناة الحفر للكوارتز المكنوس حوالي 10-100 وأكثر بكثير للكوارتز غير المكنوس. يؤدي وجود قنوات الحفر وحفر الحفر إلى تدهور جودة الرنان وإدخال عدم الخطية. ^[26]

يمكن زراعة بلورات الكوارتز لأغراض محددة.

تعد البلورات المستخدمة في القطع باستخدام تقنية AT هي الأكثر شيوعًا في الإنتاج الضخم لمواد المذبذبات؛ حيث يتم تحسين الشكل والأبعاد للحصول على إنتاجية عالية للرقائق المطلوبة . يتم زراعة بلورات الكوارتز عالية النقاء بمحتوى منخفض بشكل خاص من الألمنيوم والمعادن القلوية والشوائب الأخرى والعيوب البسيطة؛ حيث توفر الكمية المنخفضة من المعادن القلوية مقاومة متزايدة للإشعاع المؤين. يتم زراعة بلورات الساعات اليدوية، لقطع بلورات شوكة الرنين 32768 هرتز، بكثافة قناة حفر منخفضة للغاية.

تتم زراعة البلورات الخاصة بأجهزة SAW على شكل بذور مسطحة كبيرة الحجم ذات كثافة قناة حفر منخفضة.

تتم زراعة بلورات خاصة عالية الجودة، للاستخدام في المذبذبات عالية الاستقرار، بسرعة بطيئة ثابتة ولديها امتصاص منخفض ثابت للأشعة تحت الحمراء على طول المحور Z بالكامل. يمكن زراعة البلورات على شكل شريط Y، مع بلورة بذرة على شكل شريط ومطولة على طول المحور Y، أو على شكل لوحة Z، تنمو من بذرة لوحة بطول اتجاه المحور Y وعرض المحور X. ^[24] تحتوي المنطقة المحيطة ببلورة البذرة على عدد كبير من عيوب البلورة ولا ينبغي استخدامها للرقائق.

تنمو البلورات بشكل متباين الخواص ؛ حيث يكون النمو على طول المحور Z أسرع بثلاث مرات من النمو على طول المحور X. كما يؤثر اتجاه النمو ومعدله على معدل امتصاص الشوائب. ^[27] تحتوي بلورات الشريط Y، أو بلورات اللوحة Z ذات المحور Y الطويل، على أربع مناطق نمو تسمى عادةً +X و-X وZ وS. ^[28] يكون توزيع الشوائب أثناء النمو غير متساوٍ؛ حيث تحتوي مناطق النمو المختلفة على مستويات مختلفة من الملوثات. تعد مناطق Z هي الأكثر نقاءً، وتكون مناطق S الصغيرة الموجودة أحيانًا أقل نقاءً، وتكون منطقة +X أقل نقاءً، وتحتوي منطقة -X على أعلى مستوى من الشوائب. تؤثر الشوائب سلبًا على صلابة الإشعاع ، وقابلية التوأمة ، وفقدان الفلتر، والاستقرار الطويل والقصير المدى للبلورات. ^[29] قد توفر البذور المقطوعة بشكل مختلف في اتجاهات مختلفة أنواعًا أخرى من مناطق النمو. ^[30] تكون سرعة نمو اتجاه −X أبطأ بسبب تأثير امتصاص جزيئات الماء على سطح البلورة؛ تعمل شوائب الألومنيوم على قمع النمو في اتجاهين آخرين. يكون محتوى الألومنيوم أقل في منطقة Z، وأعلى في +X، ولكنه أعلى في −X، وأعلى في S؛ كما ينمو حجم مناطق S مع زيادة كمية الألومنيوم الموجودة. يكون محتوى الهيدروجين أقل في منطقة Z، وأعلى في منطقة +X، ولكنه أعلى في منطقة S، وأعلى في −X. ^[31] تتحول شوائب الألومنيوم إلى مراكز ألوان مع إشعاع أشعة جاما، مما يتسبب في تعتيم البلورة بما يتناسب مع جرعة ومستوى الشوائب؛ يكشف وجود مناطق ذات درجات مختلفة من التعتيم عن مناطق النمو المختلفة.

النوع السائد من العيوب المثيرة للقلق في بلورات الكوارتز هو استبدال ذرة Al(III) بذرة Si(IV) في الشبكة البلورية . يحتوي أيون الألومنيوم على معوض شحنة بينية مرتبط موجود في مكان قريب، والذي يمكن أن يكون أيون H ⁺ (مرتبط بالأكسجين القريب ويشكل مجموعة هيدروكسيل ، تسمى عيب Al−OH)، أو أيون Li ⁺ ، أو أيون Na ⁺ ، أو أيون K ⁺ (أقل شيوعًا)، أو ثقب إلكتروني محاصر في مدار ذرة أكسجين قريبة. يحدد تكوين محلول النمو، سواء كان يعتمد على مركبات قلوية من الليثيوم أو الصوديوم، أيونات تعويض الشحنة لعيوب الألومنيوم. شوائب الأيونات مثيرة للقلق لأنها ليست مرتبطة بقوة ويمكن أن تهاجر عبر البلورة، مما يغير مرونة الشبكة المحلية والتردد الرنيني للبلورة. الشوائب الشائعة الأخرى المثيرة للقلق هي على سبيل المثال الحديد (III) (خلالي)، الفلور، البورون (III)، الفوسفور (V) (استبدال)، التيتانيوم (IV) (استبدال، موجود عالميًا في الكوارتز الصخري، أقل شيوعًا في الكوارتز المائي الحراري)، والجرمانيوم (IV) (استبدال). يمكن أن تسبب أيونات الصوديوم والحديد شوائب في بلورات الأكنيت والإليميوسيت. قد تكون شوائب الماء موجودة في البلورات سريعة النمو؛ جزيئات الماء الخلالية وفيرة بالقرب من بذرة البلورة. عيب آخر مهم هو عيب النمو المحتوي على الهيدروجين، عندما يتم تكوين زوج من مجموعات Si−O−Si بدلاً من بنية Si−O−Si؛ في الأساس رابطة متحللة. تحتوي البلورات سريعة النمو على عيوب هيدروجين أكثر من تلك البطيئة النمو. مصدر عيوب النمو هذه هو مصدر أيونات الهيدروجين للعمليات الناجمة عن الإشعاع وتكوين عيوب Al-OH. تميل شوائب الجرمانيوم إلى حبس الإلكترونات التي تم إنشاؤها أثناء الإشعاع؛ ثم تهاجر كاتيونات الفلزات القلوية نحو المركز المشحون سلبًا وتشكل معقدًا مستقرًا. يمكن أن تكون عيوب المصفوفة موجودة أيضًا؛ شواغر الأكسجين، شواغر السيليكون (عادةً ما يتم تعويضها بأربع ذرات هيدروجين أو ثلاث ذرات هيدروجين وثقب)، مجموعات بيروكسي، إلخ. تنتج بعض العيوب مستويات موضعية في النطاق المحظور، تعمل كمصائد شحنة؛ تعمل Al (III) وB (III) عادةً كمصائد ثقب بينما تعمل شواغر الإلكترون، وذرات التيتانيوم والجرمانيوم والفوسفور كمصائد إلكترون. يمكن إطلاق حاملات الشحنة المحاصرة بالتسخين؛ إعادة تركيبها هو سبب التلألؤ الحراري .

تعتمد قدرة الأيونات الخلالية على الحركة بشكل كبير على درجة الحرارة. تكون أيونات الهيدروجين متحركة حتى 10 كلفن، لكن أيونات الفلزات القلوية تصبح متحركة فقط عند درجات حرارة حول 200 كلفن أو أعلى. يمكن قياس عيوب الهيدروكسيل بواسطة مطيافية الأشعة تحت الحمراء القريبة. يمكن قياس الثقوب المحاصرة بواسطة الرنين المغزلي للإلكترون . تظهر عيوب Al−Na ⁺ على شكل ذروة خسارة صوتية بسبب حركتها الناتجة عن الإجهاد؛ لا تشكل عيوب Al−Li ^{+ بئرًا محتملًا وبالتالي لا يمكن اكتشافها بهذه الطريقة. [32]} تنتج بعض العيوب الناتجة عن الإشعاع أثناء التلدين الحراري التلألؤ الحراري ؛ يمكن تمييز العيوب المتعلقة بالألمنيوم والتيتانيوم والجرمانيوم. ^[33]

البلورات المكنوسة هي بلورات خضعت لعملية تنقية بالانتشار الكهربائي في الحالة الصلبة . تتضمن عملية الكنس تسخين البلورة فوق 500 درجة مئوية في جو خالٍ من الهيدروجين، مع تدرج جهد لا يقل عن 1 كيلو فولت/سم، لعدة ساعات (عادةً أكثر من 12 ساعة). يتسبب انتقال الشوائب والاستبدال التدريجي لأيونات الفلزات القلوية بالهيدروجين (عند كنسها في الهواء) أو ثقوب الإلكترونات (عند كنسها في الفراغ) في حدوث تيار كهربائي ضعيف عبر البلورة؛ يشير تحلل هذا التيار إلى قيمة ثابتة إلى نهاية العملية. ثم تُترك البلورة لتبرد، بينما يتم الحفاظ على المجال الكهربائي. تتركز الشوائب في منطقة الكاثود في البلورة، والتي يتم قطعها بعد ذلك والتخلص منها. ^[34] تتمتع البلورات المكنوسة بمقاومة متزايدة للإشعاع، حيث تعتمد تأثيرات الجرعة على مستوى شوائب الفلزات القلوية؛ وهي مناسبة للاستخدام في الأجهزة المعرضة للإشعاع المؤين، على سبيل المثال للتكنولوجيا النووية والفضائية. ^[35] يؤدي المسح تحت الفراغ عند درجات حرارة أعلى وقوى مجال أعلى إلى إنتاج بلورات أكثر مقاومة للإشعاع. ^[36] يمكن قياس مستوى وطبيعة الشوائب بواسطة مطيافية الأشعة تحت الحمراء. ^[37] يمكن مسح الكوارتز في كل من الطور ألفا وبيتا؛ المسح في الطور بيتا أسرع، لكن انتقال الطور قد يحفز التوأمة. يمكن التخفيف من التوأمة عن طريق إخضاع البلورة لضغط الضغط في اتجاه X، أو مجال كهربائي متردد أو مستمر على طول المحور X بينما تبرد البلورة عبر منطقة درجة حرارة تحول الطور. ^[36]

يمكن أيضًا استخدام عملية الكنس لإدخال نوع من الشوائب إلى البلورة. تُستخدم بلورات الكنس التي تحتوي على الليثيوم والصوديوم والهيدروجين، على سبيل المثال، لدراسة سلوك الكوارتز.

يمكن تصنيع بلورات صغيرة جدًا للترددات الأساسية العالية باستخدام تقنية التصوير الضوئي. ^[26]

يمكن ضبط البلورات على ترددات دقيقة عن طريق التشذيب بالليزر . يمكن تحقيق تقنية تستخدم في عالم الراديو للهواة لتقليل تردد البلورات بشكل طفيف عن طريق تعريض البلورات ذات الأقطاب الكهربائية الفضية لأبخرة اليود ، مما يسبب زيادة طفيفة في الكتلة على السطح عن طريق تكوين طبقة رقيقة من يوديد الفضة ؛ ومع ذلك، فإن هذه البلورات لديها استقرار طويل الأمد يمثل مشكلة. هناك طريقة أخرى شائعة الاستخدام وهي زيادة أو تقليل سمك قطب الفضة بالطرق الكهروكيميائية عن طريق غمر مرنان في اللازورد المذاب في الماء، أو حمض الستريك في الماء، أو الماء مع الملح، واستخدام مرنان كقطب واحد، وقطب فضي صغير كقطب آخر.

من خلال اختيار اتجاه التيار، يمكن زيادة أو تقليل كتلة الأقطاب الكهربائية. وقد نُشرت التفاصيل في مجلة "راديو" (3/1978) بواسطة UB5LEV.

لا يُنصح برفع التردد عن طريق كشط أجزاء من الأقطاب الكهربائية، حيث قد يؤدي هذا إلى إتلاف البلورة وخفض عامل Q الخاص بها . يمكن أيضًا استخدام أدوات تقليم المكثفات لضبط تردد دائرة المذبذب.

يمكن استخدام بعض المواد الكهرضغطية الأخرى غير الكوارتز. وتشمل هذه البلورات المفردة من تانتالات الليثيوم ، ونيوبات الليثيوم ، وبورات الليثيوم ، والبرلينيت ، وزرنيخيد الغاليوم ، وتيترابورات الليثيوم ، وفوسفات الألومنيوم ، وأكسيد البزموت الجرمانيوم ، وخزف تيتانات الزركونيوم متعدد البلورات، وخزف عالي الألومينا، ومركب السيليكون - أكسيد الزنك ، أو تارترات ثنائي البوتاسيوم . ^{[38] [39]} قد تكون بعض المواد أكثر ملاءمة لتطبيقات محددة. يمكن أيضًا تصنيع بلورة مذبذب عن طريق ترسيب مادة الرنان على سطح رقاقة السيليكون. ^[40] بلورات فوسفات الغاليوم ، واللانجسيت ، واللانجايت، واللانجاتيت أكثر قابلية للسحب بحوالي 10 مرات من بلورات الكوارتز المقابلة، وتستخدم في بعض مذبذبات أكسيد الفوسفور والزنك. ^[41]

يتم تحديد استقرار التردد من خلال Q للبلورة . وهو يعتمد عكسيا على التردد، وعلى الثابت الذي يعتمد على القطع المعين. العوامل الأخرى التي تؤثر على Q هي النغمة التوافقية المستخدمة، ودرجة الحرارة، ومستوى قيادة البلورة، وجودة تشطيب السطح، والضغوط الميكانيكية المفروضة على البلورة عن طريق الترابط والتركيب، وهندسة البلورة والأقطاب الكهربائية المرفقة، ونقاء المادة والعيوب في البلورة، ونوع وضغط الغاز في العلبة، والأوضاع المتداخلة، ووجود جرعة ممتصة من الإشعاع المؤين والنيوتروني.

تقل استقرارية بلورات القطع AT مع زيادة التردد. للحصول على ترددات أعلى وأكثر دقة، من الأفضل استخدام بلورة ذات تردد أساسي أقل، تعمل بنغمة توافقية.

قد تبدأ دائرة المذبذب المصممة بشكل سيئ في التذبذب فجأة على نغمة توافقية . في عام 1972، تحطم قطار في فريمونت، كاليفورنيا بسبب مذبذب معيب. تسببت القيمة غير المناسبة لمكثف الخزان في زيادة تشغيل البلورة في لوحة التحكم، والقفز إلى نغمة توافقية، مما تسبب في تسريع القطار بدلاً من إبطائه. ^[42]

تؤثر درجة الحرارة على تردد التشغيل؛ وتُستخدم أشكال مختلفة من التعويض، من التعويض التناظري (TCXO) وتعويض المتحكم الدقيق (MCXO) إلى تثبيت درجة الحرارة باستخدام فرن بلوري (OCXO). تمتلك البلورات هستيريسيس درجة الحرارة ؛ فالتردد عند درجة حرارة معينة يتم تحقيقه عن طريق زيادة درجة الحرارة لا يساوي التردد عند نفس درجة الحرارة التي يتم تحقيقها عن طريق خفض درجة الحرارة. تعتمد حساسية درجة الحرارة في المقام الأول على القطع؛ يتم اختيار القطع المعوضة عن درجة الحرارة لتقليل الاعتماد على التردد/درجة الحرارة. يمكن إجراء قطع خاصة بخصائص درجة حرارة خطية؛ يُستخدم قطع LC في موازين الحرارة الكوارتز. العوامل المؤثرة الأخرى هي النغمة التوافقية المستخدمة، والتركيب والأقطاب الكهربائية، والشوائب في البلورة، والإجهاد الميكانيكي، وهندسة البلورة، ومعدل تغير درجة الحرارة، والتاريخ الحراري (بسبب الهستيريسيس)، والإشعاع المؤين، ومستوى القيادة.

تميل البلورات إلى المعاناة من الشذوذ في خصائص التردد/درجة الحرارة والمقاومة/درجة الحرارة، والمعروفة باسم انخفاضات النشاط. وهي عبارة عن انحرافات صغيرة للتردد إلى الأسفل أو المقاومة إلى الأعلى موضعية عند درجات حرارة معينة، مع اعتماد موضع درجة حرارتها على قيمة مكثفات الحمل.

تؤثر الضغوط الميكانيكية أيضًا على التردد. يمكن إحداث الضغوط عن طريق التركيب والترابط وتطبيق الأقطاب الكهربائية، عن طريق التمدد الحراري التفاضلي للتركيب والأقطاب الكهربائية والبلورة نفسها، عن طريق الضغوط الحرارية التفاضلية عندما يكون هناك تدرج في درجة الحرارة، عن طريق تمدد أو انكماش مواد الترابط أثناء المعالجة، عن طريق ضغط الهواء الذي ينتقل إلى الضغط المحيط داخل حاوية البلورة، عن طريق ضغوط الشبكة البلورية نفسها (النمو غير المنتظم والشوائب والخلع)، عن طريق عيوب السطح والأضرار الناجمة أثناء التصنيع، وعن طريق عمل الجاذبية على كتلة البلورة؛ وبالتالي يمكن التأثير على التردد من خلال موضع البلورة. عوامل أخرى تسبب الإجهاد الديناميكي هي الصدمات والاهتزازات والضوضاء الصوتية. بعض القطع أقل حساسية للضغوط؛ القطع المعوض عن الإجهاد (SC) هو مثال على ذلك. يمكن أن تؤدي تغيرات الضغط الجوي أيضًا إلى تشوهات في الغلاف، مما يؤثر على التردد عن طريق تغيير السعات الضالة.

تؤثر الرطوبة الجوية على خصائص النقل الحراري للهواء، ويمكنها تغيير الخصائص الكهربائية للبلاستيك عن طريق انتشار جزيئات الماء في بنيتها، مما يؤدي إلى تغيير الثوابت العازلة والتوصيل الكهربائي . ^[43]

العوامل الأخرى التي تؤثر على التردد هي جهد مصدر الطاقة، ومقاومة الحمل، والمجالات المغناطيسية، والمجالات الكهربائية (في حالة القطع الحساسة لها، على سبيل المثال، قطع SC)، ووجود الجرعة الممتصة من جزيئات γ والإشعاع المؤين، وعمر البلورة.

تخضع البلورات لتغير تدريجي بطيء في التردد مع مرور الوقت، والمعروف باسم الشيخوخة. هناك العديد من الآليات المشاركة. قد يخضع التركيب والاتصالات لتخفيف الضغوط المضمنة. يمكن امتصاص جزيئات التلوث إما من الغلاف الجوي المتبقي، أو الغازات المنبعثة من البلورة أو الأقطاب الكهربائية أو مواد التغليف، أو التي يتم إدخالها أثناء غلق الغلاف على سطح البلورة، مما يغير كتلتها؛ يتم استغلال هذا التأثير في موازين بلورات الكوارتز الدقيقة . يمكن تغيير تكوين البلورة تدريجيًا عن طريق إخراج الغازات أو انتشار ذرات الشوائب أو الهجرة من الأقطاب الكهربائية، أو يمكن إتلاف الشبكة بالإشعاع. قد تحدث تفاعلات كيميائية بطيئة على البلورة أو داخلها، أو على الأسطح الداخلية للعلبة. يمكن لمادة القطب، مثل الكروم أو الألومنيوم، أن تتفاعل مع البلورة، مما يخلق طبقات من أكسيد المعدن والسيليكون؛ يمكن أن تخضع طبقات الواجهة هذه لتغييرات بمرور الوقت. يمكن أن يتغير الضغط في العلبة بسبب اختلاف الضغط الجوي أو درجة الحرارة أو التسربات أو إخراج الغازات من المواد الموجودة بالداخل. العوامل خارج البلورة نفسها هي على سبيل المثال شيخوخة دائرة المذبذب (وعلى سبيل المثال تغيير السعات)، وانحراف معلمات فرن البلورة. يمكن أن يؤثر تكوين الغلاف الجوي الخارجي أيضًا على الشيخوخة؛ يمكن أن ينتشر الهيدروجين عبر غلاف النيكل. يمكن أن يسبب الهيليوم مشاكل مماثلة عندما ينتشر عبر حاويات زجاجية من معايير الروبيديوم . ^[44]

الذهب هو مادة أقطاب كهربائية مفضلة للمرنانات منخفضة الشيخوخة؛ التصاقه بالكوارتز قوي بما يكفي للحفاظ على التلامس حتى في الصدمات الميكانيكية القوية، ولكنه ضعيف بما يكفي لعدم دعم تدرجات الإجهاد الكبيرة (على عكس الكروم والألمنيوم والنيكل). كما أن الذهب لا يشكل أكاسيد؛ فهو يمتص الملوثات العضوية من الهواء، ولكن من السهل إزالتها. ومع ذلك، يمكن للذهب وحده أن يخضع للتقشير؛ لذلك تُستخدم طبقة من الكروم أحيانًا لتحسين قوة الارتباط. غالبًا ما يتم استخدام الفضة والألمنيوم كأقطاب كهربائية؛ ومع ذلك، يشكل كلاهما طبقات أكسيد مع مرور الوقت مما يزيد من كتلة البلورة ويخفض التردد. يمكن تخميل الفضة عن طريق التعرض لأبخرة اليود ، مما يشكل طبقة من يوديد الفضة . يتأكسد الألومنيوم بسهولة ولكن ببطء، حتى يتم الوصول إلى سمك حوالي 5 نانومتر؛ لا تزيد درجة الحرارة المتزايدة أثناء الشيخوخة الاصطناعية بشكل كبير من سرعة تكوين الأكسيد؛ يمكن تكوين طبقة أكسيد سميكة أثناء التصنيع عن طريق الأكسدة . ^[45] يمكن أيضًا استخدام تعريض البلورة المطلية بالفضة لأبخرة اليود في ظروف الهواة لخفض تردد البلورة قليلاً؛ ويمكن أيضًا زيادة التردد عن طريق كشط أجزاء من الأقطاب الكهربائية، ولكن هذا يحمل خطر إتلاف البلورة وفقدان Q.

يمكن أن يؤدي تحيز الجهد المستمر بين الأقطاب الكهربائية إلى تسريع الشيخوخة الأولية، ربما عن طريق الانتشار المستحث للشوائب عبر البلورة. يمكن تقليل مثل هذه الفولتات عن طريق وضع مكثف على التوالي مع البلورة ومقاومة عدة ميغا أوم على التوازي.

يتناقص العمر بشكل لوغاريتمي مع مرور الوقت، وتحدث أكبر التغيرات بعد فترة وجيزة من التصنيع. يمكن أن يؤدي شيخوخة البلورة بشكل مصطنع عن طريق التخزين لفترات طويلة عند درجة حرارة تتراوح بين 85 إلى 125 درجة مئوية إلى زيادة استقرارها على المدى الطويل.

البلورات حساسة للصدمات . يسبب الإجهاد الميكانيكي تغييرًا قصير المدى في تردد المذبذب بسبب حساسية البلورة للإجهاد، ويمكن أن يؤدي إلى تغيير دائم في التردد بسبب التغييرات الناجمة عن الصدمة في التركيب والإجهادات الداخلية (إذا تم تجاوز حدود المرونة للأجزاء الميكانيكية)، أو امتصاص التلوث من أسطح البلورات، أو التغيير في معلمات دائرة المذبذب. قد تؤدي شدة الصدمات العالية إلى تمزيق البلورات عن حواملها (خاصة في حالة البلورات الكبيرة منخفضة التردد المعلقة على أسلاك رقيقة)، أو تسبب تشقق البلورة. البلورات الخالية من عيوب السطح مقاومة للصدمات بدرجة كبيرة؛ يمكن للتلميع الكيميائي أن ينتج بلورات قادرة على تحمل عشرات الآلاف من الجرام . ^[46]

لا تحتوي البلورات على آليات فشل متأصلة؛ فقد عملت بعضها في الأجهزة لعقود من الزمن. ومع ذلك، قد تحدث الأعطال بسبب أخطاء في الترابط، أو العلب المتسربة، أو التآكل، أو تحول التردد بسبب الشيخوخة، أو كسر البلورة بسبب صدمة ميكانيكية عالية جدًا، أو التلف الناجم عن الإشعاع عند استخدام الكوارتز غير المكنوس . ^[47] يمكن أن تتلف البلورات أيضًا بسبب القيادة الزائدة.

تعاني البلورات أيضًا من تقلبات طفيفة في التردد قصير المدى. الأسباب الرئيسية لمثل هذه الضوضاء هي على سبيل المثال الضوضاء الحرارية (التي تحد من مستوى الضوضاء)، وتشتت الفونون (بتأثير عيوب الشبكة)، وامتصاص/امتصاص الجزيئات على سطح البلورة، وضوضاء دوائر المذبذب، والصدمات والاهتزازات الميكانيكية، وتغيرات التسارع والتوجيه، وتقلبات درجة الحرارة، وتخفيف الضغوط الميكانيكية. يتم قياس الاستقرار قصير المدى بأربعة معلمات رئيسية: تباين ألان (الأكثر شيوعًا المحدد في أوراق بيانات المذبذب)، وضوضاء الطور، والكثافة الطيفية لانحرافات الطور، والكثافة الطيفية للانحرافات الترددية الكسرية. تميل تأثيرات التسارع والاهتزاز إلى الهيمنة على مصادر الضوضاء الأخرى؛ تميل أجهزة الموجات الصوتية السطحية إلى أن تكون أكثر حساسية من أجهزة الموجات الصوتية السائبة (BAW)، وتكون القطع المعوضة عن الإجهاد أقل حساسية. يؤثر التوجه النسبي لمتجه التسارع إلى البلورة بشكل كبير على حساسية اهتزاز البلورة. يمكن استخدام حوامل عزل الاهتزازات الميكانيكية للبلورات ذات الاستقرار العالي.

تلعب ضوضاء الطور دورًا مهمًا في أنظمة توليف التردد التي تستخدم مضاعفة التردد؛ حيث يؤدي مضاعفة التردد بمقدار N إلى زيادة طاقة ضوضاء الطور بمقدار N ^2. يؤدي مضاعفة التردد بمقدار 10 مرات إلى مضاعفة حجم خطأ الطور بمقدار 10 مرات. يمكن أن يكون هذا كارثيًا بالنسبة للأنظمة التي تستخدم تقنيات PLL أو FSK .

إن المجالات المغناطيسية لها تأثير ضئيل على البلورة نفسها، حيث أن الكوارتز غير مغناطيسي ؛ ومع ذلك، يمكن أن يتم تحريض التيارات الدوامية أو الجهد المتردد في الدوائر، وقد تتأثر الأجزاء المغناطيسية من التركيب والإسكان.

بعد تشغيل الطاقة، تستغرق البلورات عدة ثوانٍ إلى دقائق "للتسخين" واستقرار ترددها. تتطلب OCXOs التي يتم التحكم فيها بالفرن عادةً من 3 إلى 10 دقائق للتسخين للوصول إلى التوازن الحراري؛ تستقر المذبذبات التي لا تحتوي على فرن في عدة ثوانٍ حيث تتسبب الملي واط القليلة التي تتبدد في البلورة في مستوى صغير ولكن ملحوظ من التسخين الداخلي. ^[48]

يجب تشغيل البلورات عند مستوى التشغيل المناسب. قد تنكسر البلورات ذات التردد المنخفض، وخاصة تلك ذات الوضع الثني، عند مستويات تشغيل عالية جدًا. يتم تحديد مستوى التشغيل على أنه مقدار الطاقة المبددة في البلورة. مستويات التشغيل المناسبة هي حوالي 5 ميكرو واط للأوضاع الثني حتى 100 كيلو هرتز، و1 ميكرو واط للأوضاع الأساسية عند 1-4 ميجا هرتز، و0.5 ميكرو واط للأوضاع الأساسية 4-20 ميجا هرتز و0.5 ميكرو واط للأوضاع التوافقية عند 20-200 ميجا هرتز. ^[49] قد يتسبب مستوى التشغيل المنخفض جدًا في حدوث مشكلات في بدء تشغيل المذبذب. مستويات التشغيل المنخفضة أفضل لتحقيق استقرار أعلى واستهلاك أقل للطاقة للمذبذب. تعمل مستويات التشغيل الأعلى بدورها على تقليل تأثير الضوضاء عن طريق زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء . ^[50]

يمكن قطع صفيحة الرنان من بلورة المصدر بعدة طرق مختلفة. يؤثر اتجاه القطع على خصائص شيخوخة البلورة، واستقرار التردد، والخصائص الحرارية، وغير ذلك من المعلمات. تعمل هذه القطع عند الموجة الصوتية السائبة (BAW)؛ أما بالنسبة للترددات الأعلى، يتم استخدام أجهزة الموجة الصوتية السطحية (SAW).

صورة لعدة قطع بلورية ^[51]

يقطع	نطاق التردد	وضع	الزوايا	وصف
في	500 كيلو هرتز – 300 ميجا هرتز	قص السمك ( الوضع c  ، القص شبه البطيء)	35°15′, 0° (< 25 ميجا هرتز) 35°18′, 0° (> 10 ميجا هرتز)	القطع الأكثر شيوعًا، تم تطويره في عام 1934. تحتوي اللوحة على المحور السيني للبلورة  وتميل بمقدار 35 درجة و15 دقيقة من المحور (البصري) z  . منحنى التردد ودرجة الحرارة هو منحنى على شكل جيب مع نقطة انعطاف عند حوالي 25 ~ 35 درجة مئوية. له ثابت تردد 1.661 ميجا هرتز ⋅ مم. [52] معظم (يقدر بأكثر من 90٪) من جميع البلورات هي هذا المتغير. [53] تستخدم للمذبذبات التي تعمل في نطاق درجة حرارة أوسع، لنطاق تردد 500 كيلو هرتز - 200 ميجا هرتز؛ تستخدم أيضًا في المذبذبات التي يتم التحكم فيها بالفرن. [54] حساسة للإجهادات الميكانيكية، سواء كانت ناجمة عن قوى خارجية أو عن تدرجات درجات الحرارة. تعمل بلورات القص السميك عادةً في الوضع الأساسي عند 1-30 ميجا هرتز، والنغمة العليا الثالثة عند 30-90 ميجا هرتز، والنغمة العليا الخامسة عند 90-150 ميجا هرتز؛ [55] وفقًا لمصدر آخر، يمكن تصنيعها للعمل في الوضع الأساسي حتى 300 ميجا هرتز، على الرغم من أن هذا الوضع يُستخدم عادةً حتى 100 ميجا هرتز فقط [56] ووفقًا لمصدر آخر، فإن الحد الأعلى للتردد الأساسي لقطع AT يقتصر على 40 ميجا هرتز للقطع ذات القطر الصغير. [52] يمكن تصنيعها إما كقرص دائري تقليدي، أو كمرنان شريطي؛ يسمح الأخير بحجم أصغر كثيرًا. يبلغ سمك القطعة الكوارتزية حوالي (1.661 مم)/(التردد بالميجا هرتز)، مع تحول التردد إلى حد ما عن طريق المعالجة الإضافية. [57] يبلغ التردد الأعلى الثالث حوالي 3 أضعاف التردد الأساسي؛ تكون الترددات الأعلى أعلى من المضاعف المكافئ للتردد الأساسي بحوالي 25 كيلو هرتز لكل تردد أعلى. يجب معالجة البلورات المصممة للعمل في أوضاع التردد الأعلى خصيصًا للتوازي المستوي والتشطيب السطحي لأفضل أداء عند تردد تردد أعلى معين. [49]
SC	500 كيلو هرتز – 200 ميجا هرتز	قص السمك	35°15′, 21°54′	تم تطوير قطع خاص (مُعوض الإجهاد) في عام 1974، وهو قطع مزدوج الدوران (35 درجة و15 دقيقة و21 درجة و54 دقيقة) للمذبذبات المستقرة في الفرن مع ضوضاء طور منخفضة وخصائص شيخوخة جيدة. أقل حساسية للإجهادات الميكانيكية. لديه سرعة إحماء أسرع، و Q أعلى ، وضوضاء طورية أفضل، وحساسية أقل للتوجيه المكاني ضد متجه الجاذبية، وحساسية أقل للاهتزازات. [58] ثابت تردده هو 1.797 ميجا هرتز⋅مم. الأوضاع المقترنة أسوأ من قطع AT، وتميل المقاومة إلى أن تكون أعلى؛ يلزم عناية أكبر بكثير للتحويل بين النغمات العليا. يعمل بنفس ترددات قطع AT. منحنى التردد-درجة الحرارة عبارة عن قطع مكافئ لأسفل من الدرجة الثالثة مع نقطة انعطاف عند 95 درجة مئوية وحساسية درجة حرارة أقل بكثير من قطع AT. مناسب لـ OCXOs في أنظمة الفضاء ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على سبيل المثال. أقل توفرًا من قطع AT، وأكثر صعوبة في التصنيع؛ يتم تداول تحسين ترتيب الحجم للمعلمات مقابل تفاوتات توجيه البلورة الأكثر إحكامًا بمقدار ترتيب الحجم. [59] خصائص الشيخوخة أفضل من 2 إلى 3 مرات من قطع AT. أقل حساسية لمستويات القيادة. انخفاضات نشاط أقل بكثير. أقل حساسية لهندسة اللوحة. يتطلب فرنًا، ولا يعمل جيدًا في درجات الحرارة المحيطة حيث ينخفض ​​التردد بسرعة عند درجات حرارة منخفضة. لديه سعة حركية أقل عدة مرات من قطع AT المقابل، مما يقلل من إمكانية ضبط تردد البلورة بواسطة المكثف المرفق؛ هذا يقيد الاستخدام في أجهزة TCXO وVCXO التقليدية، والتطبيقات الأخرى حيث يجب تعديل تردد البلورة. [60] [58] معاملات درجة الحرارة للتردد الأساسي مختلفة عن نغمته الثالثة؛ عندما يتم دفع البلورة للعمل على كلا الترددين في وقت واحد، يمكن استخدام تردد النبض الناتج لاستشعار درجة الحرارة في مثل المذبذبات البلورية المعوضة بواسطة الكمبيوتر الدقيق. حساس للحقول الكهربائية. حساسة لتخميد الهواء، للحصول على Q الأمثل يجب تعبئتها في الفراغ. [45] معامل درجة الحرارة للوضع b  هو −25 جزء في المليون/درجة مئوية، للوضع المزدوج 80 إلى أكثر من 100 جزء في المليون/درجة مئوية. [61]
بي تي	500 كيلو هرتز – 200 ميجا هرتز	قص السُمك ( الوضع ب  ، القص شبه السريع)	-49°8′، 0°	قطع خاص، مشابه لقطع AT، باستثناء أن اللوحة مقطوعة بزاوية 49 درجة من المحور z  . تعمل في وضع قص السُمك، في وضع b  (قص شبه سريع). لها خصائص معروفة وقابلة للتكرار. [62] لها ثابت تردد 2.536 ميجا هرتز⋅مم. لها خصائص درجة حرارة أضعف من قطع AT. نظرًا لثابت التردد الأعلى، يمكن استخدامها للبلورات ذات الترددات الأعلى من قطع AT، حتى أكثر من 50 ميجا هرتز. [52]
هو - هي		قص السمك		قطع خاص، قطع مزدوج الدوران بخصائص محسنة للمذبذبات المستقرة في الفرن. يعمل في وضع قص السُمك. منحنى التردد ودرجة الحرارة عبارة عن قطع مكافئ هابط من الدرجة الثالثة مع نقطة انعطاف عند 78 درجة مئوية. نادرًا ما يستخدم. له أداء وخصائص مماثلة لقطع SC، وأكثر ملاءمة لدرجات الحرارة الأعلى.
نادي كرة القدم		قص السمك		قطع خاص، قطع مزدوج الدوران بخصائص محسنة للمذبذبات المستقرة في الفرن. يعمل في وضع قص السُمك. منحنى التردد ودرجة الحرارة عبارة عن قطع مكافئ هابط من الدرجة الثالثة مع نقطة انعطاف عند 52 درجة مئوية. نادرًا ما يستخدم. يستخدم في المذبذبات التي يتم التحكم فيها بالفرن؛ يمكن ضبط الفرن على درجة حرارة أقل من تلك الخاصة بقطع AT / IT / SC، إلى بداية الجزء المسطح من منحنى درجة الحرارة والتردد (والذي يكون أيضًا أوسع من القطع الأخرى)؛ عندما تصل درجة الحرارة المحيطة إلى هذه المنطقة، يتم إيقاف تشغيل الفرن وتعمل البلورة عند درجة الحرارة المحيطة، مع الحفاظ على دقة معقولة. لذلك يجمع هذا القطع بين ميزة توفير الطاقة للسماح بدرجة حرارة فرن منخفضة نسبيًا مع استقرار معقول عند درجات حرارة محيطة أعلى. [63]
ايه كيه		قص السمك		قطع مزدوج الدوران بخصائص تردد درجة الحرارة أفضل من قطع AT وBT وبتسامح أعلى للتوجيه البلوري من قطع AT وBT وSC (محسوبة بعامل 50 مقابل قطع AT القياسي). تعمل في وضع قص السُمك. [59]
التصوير المقطعي المحوسب	300 – 900 كيلو هرتز	قص الوجه	38 درجة، 0 درجة	منحنى التردد ودرجة الحرارة عبارة عن قطع مكافئ متجه للأسفل.
دي تي	75 – 800 كيلو هرتز	قص الوجه	-52 درجة، 0 درجة	على غرار قطع CT. منحنى التردد ودرجة الحرارة عبارة عن قطع مكافئ متجه للأسفل. معامل درجة الحرارة أقل من قطع CT؛ حيث يسمح نطاق التردد، يفضل DT على CT. [52]
س ل		قص الوجه	-57 درجة، 0 درجة
جي تي	100 كيلو هرتز – 3 ميجا هرتز	عرض ممتد	51°7′	معامل درجة حرارتها بين -25 ... +75 درجة مئوية يقترب من الصفر، بسبب تأثير الإلغاء بين الوضعين. [52]
ع ، 5°س	50 – 250 كيلو هرتز	طولي		يمتلك معامل درجة حرارة منخفض إلى حد معقول، ويستخدم على نطاق واسع في مرشحات البلورات منخفضة التردد. [52]
إم تي	40 – 200 كيلو هرتز	طولي
إت			66°30′
ف ت			-57 درجة
إن تي	8 – 130 كيلو هرتز	انحناء طولي وعرضي
XY ، شوكة رنانة	3 – 85 كيلو هرتز	انحناء طول وعرض		البلورة السائدة ذات التردد المنخفض، حيث أنها أصغر من القطع الأخرى ذات التردد المنخفض، وأقل تكلفة، ولها معاوقة منخفضة و ج 0 / ج 1 النسبة . التطبيق الرئيسي هو بلورة RTC 32.768 كيلو هرتز. نغمتها الثانية هي حوالي ستة أضعاف التردد الأساسي. [49]
ح	8 – 130 كيلو هرتز	انحناء طول وعرض		تُستخدم على نطاق واسع في المرشحات ذات النطاق العريض. معامل درجة الحرارة خطي.
ج	1 – 12 كيلو هرتز	انحناء الطول والسمك		يتكون القطع J من لوحين من الكوارتز متصلين ببعضهما البعض، ويتم اختيارهما لإنتاج حركة خارج الطور لحقل كهربائي معين.
آر تي				قطع مزدوج الدوران.
مركز تدريب الطلاب في مدرسة سانت بطرسبرج الثانوية				قطع مزدوج الدوران.
تي اس				قطع مزدوج الدوران.
× 30 درجة				قطع مزدوج الدوران.
ال سي		قص السمك	11.17 درجة / 9.39 درجة	يمكن استخدام القطع المزدوج الدوران ("معامل خطي") مع استجابة خطية لدرجة الحرارة والتردد كمستشعر في موازين الحرارة البلورية. [64] معامل درجة الحرارة هو 35.4 جزء في المليون/درجة مئوية. [61]
التيار المتردد			31 درجة	حساس لدرجة الحرارة، ويمكن استخدامه كمستشعر. وضع فردي بخصائص تردد درجة الحرارة شديدة الانحدار. [65] معامل درجة الحرارة هو 20 جزء في المليون/درجة مئوية. [61]
قبل الميلاد			-60 درجة	حساس لدرجة الحرارة. [65]
مركز الخدمة الوطنية				حساس لدرجة الحرارة. [65] معامل درجة الحرارة حوالي 14 جزء في المليون/درجة مئوية. [61]
ي				حساس لدرجة الحرارة، ويمكن استخدامه كمستشعر. وضع واحد مع خصائص تردد درجة الحرارة شديدة الانحدار. [65] تكون مستوى اللوحة عمودية على المحور y  للبلورة. [66] يُطلق عليه أيضًا موازٍ أو 30 درجة . معامل درجة الحرارة حوالي 90 جزء في المليون / درجة مئوية. [61]
إكس				استُخدمت في أحد أول المذبذبات البلورية في عام 1921 بواسطة WG Cady، وكمذبذب 50 كيلوهرتز في أول ساعة بلورية بواسطة Horton وMarrison في عام 1927. [67] تكون مستوى اللوحة عمودية على المحور السيني  للبلورة. وتسمى أيضًا عمودية ، أو عادية ، أو كوري ، أو زاوية صفرية ، أو فوق صوتية . [68]

يشير الحرف "T" في اسم القطع إلى قطع معوض عن درجة الحرارة - قطع موجه بطريقة تجعل معاملات درجة الحرارة للشبكة ضئيلة؛ كما يتم تعويض درجة الحرارة في قطع FC وSC.

يتم تثبيت القطع عالية التردد من حوافها، عادةً على نوابض؛ يجب أن تكون صلابة الزنبرك مثالية، لأنه إذا كان صلبًا جدًا، فقد تنتقل الصدمات الميكانيكية إلى البلورة وتتسبب في كسرها، وقد يسمح الصلابة القليلة جدًا للبلورة بالاصطدام بالجزء الداخلي من العبوة عند تعرضها لصدمة ميكانيكية، والكسر. مرنانات الشريط، عادةً ما تكون قطع AT، أصغر وبالتالي أقل حساسية للصدمات الميكانيكية. عند نفس التردد والنغمة التوافقية، يكون الشريط أقل قابلية للسحب، ومقاومة أعلى، ومعامل درجة حرارة أعلى. ^[69]

يتم تثبيت القطع ذات التردد المنخفض عند العقد حيث تكون ثابتة تقريبًا؛ يتم توصيل أسلاك رفيعة عند هذه النقاط على كل جانب بين البلورة والأسلاك. تجعل الكتلة الكبيرة من البلورة المعلقة على الأسلاك الرفيعة التجميع حساسًا للصدمات والاهتزازات الميكانيكية. ^[52]

تُركَّب البلورات عادةً في صناديق زجاجية أو معدنية محكمة الغلق، مملوءة بجو جاف وخامل، عادةً ما يكون فراغًا أو نيتروجينًا أو هيليومًا. يمكن استخدام أغلفة بلاستيكية أيضًا، ولكنها ليست محكمة الغلق ويجب بناء سد ثانوي آخر حول البلورة.

هناك العديد من تكوينات الرنان الممكنة، بالإضافة إلى الطريقة الكلاسيكية لربط الأسلاك مباشرة بالبلورة. على سبيل المثال، الرنان BVA (Boîtier à Vieillissement Amélioré، Enclosure with Improved Aging)، ^{[70] [ مصدر غير موثوق؟ ]} الذي تم تطويره في عام 1976؛ حيث يتم تصنيع الأجزاء التي تؤثر على الاهتزازات من بلورة واحدة (مما يقلل من إجهاد التركيب)، ويتم ترسيب الأقطاب الكهربائية ليس على الرنان نفسه ولكن على الجوانب الداخلية لقرصين مكثفين مصنوعين من شرائح متجاورة من الكوارتز من نفس الشريط، مما يشكل شطيرة من ثلاث طبقات بدون إجهاد بين الأقطاب الكهربائية والعنصر المهتز. تعمل الفجوة بين الأقطاب الكهربائية والرنان كمكثفين صغيرين متصلين على التوالي، مما يجعل البلورة أقل حساسية لتأثيرات الدائرة. ^{[71] [ مصدر غير موثوق؟ ]} يزيل التصميم المعماري تأثيرات التلامس السطحي بين الأقطاب الكهربائية، والقيود في وصلات التركيب، والقضايا المتعلقة بهجرة الأيونات من الأقطاب الكهربائية إلى شبكة العنصر المهتز. ^[72] التكوين الناتج قوي ومقاوم للصدمات والاهتزاز ومقاوم للتسارع والإشعاع المؤين وله خصائص شيخوخة محسنة. عادةً ما يتم استخدام القطع AT، على الرغم من وجود متغيرات القطع SC أيضًا. غالبًا ما تُستخدم مرنانات BVA في تطبيقات المركبات الفضائية. ^[73]

في الثلاثينيات إلى الخمسينيات من القرن العشرين، كان من الشائع إلى حد ما أن يضبط الناس تردد البلورات عن طريق الطحن اليدوي. كانت البلورات تُطحن باستخدام عجينة كاشطة ناعمة، أو حتى معجون أسنان، لزيادة ترددها. كان من الممكن إجراء انخفاض طفيف بمقدار 1-2 كيلوهرتز عندما تكون البلورة فوق الأرض عن طريق وضع علامة على وجه البلورة بقلم رصاص، على حساب انخفاض Q. [ ^74]

يمكن تعديل تردد البلورة بشكل طفيف ("قابل للسحب") عن طريق تعديل السعات المرفقة. غالبًا ما يتم استخدام الفاركتور ، وهو صمام ثنائي بسعة تعتمد على الجهد المطبق، في مذبذبات البلورة التي يتم التحكم في جهدها، VCXO. عادةً ما تكون عمليات قطع البلورة AT أو نادرًا ما تكون SC، وتعمل في الوضع الأساسي؛ يتناسب مقدار الانحراف الترددي المتاح عكسيًا مع مربع رقم النغمة العليا، لذلك فإن النغمة العليا الثالثة لها فقط تسع قابلية السحب للوضع الأساسي. عمليات قطع SC، على الرغم من كونها أكثر استقرارًا، تكون أقل قابلية للسحب بشكل ملحوظ. ^[75]

في المخططات التخطيطية الكهربائية، يتم تحديد البلورات بحرف الفئة Y (Y1، Y2، إلخ). يتم تحديد المذبذبات، سواء كانت مذبذبات بلورية أو غيرها، بحرف الفئة G (G1، G2، إلخ). ^{[76] [77]} يمكن أيضًا تحديد البلورات على مخطط تخطيطي باستخدام X أو XTAL (اختصار صوتي، يمكن مقارنته باستخدام Xmas لعيد الميلاد )، أو مذبذب بلورية باستخدام XO .

أنواع المذبذبات البلورية واختصاراتها:

• ATCXO — مذبذب بلوري يتم التحكم في درجة حرارته بشكل تماثلي
• CDXO — مذبذب بلوري مزدوج مُعاير
• DTCXO — مذبذب بلوري رقمي معوض لدرجة الحرارة
• EMXO — مذبذب بلوري مصغر مفرّغ من الهواء
• GPSDO - مذبذب منضبط لنظام تحديد المواقع العالمي
• MCXO — مذبذب بلوري معوض بواسطة حاسوب دقيق
• OCVCXO — مذبذب بلوري يتم التحكم فيه بالجهد عن طريق الفرن
• OCXO — مذبذب بلوري يتم التحكم فيه بواسطة الفرن
• RbXO — مذبذبات بلورات الروبيديوم (RbXO)، مذبذب بلوري (يمكن أن يكون MCXO) متزامن مع معيار الروبيديوم المدمج والذي يتم تشغيله فقط من حين لآخر لتوفير الطاقة
• TCVCXO — مذبذب بلوري متحكم في الجهد معوض لدرجة الحرارة
• TCXO — مذبذب بلوري معوض لدرجة الحرارة
• TMXO – مذبذب بلوري مصغر تكتيكي ^[67]
• TSXO — مذبذب بلوري يستشعر درجة الحرارة، وهو عبارة عن تكيف لـ TCXO
• VCTCXO — مذبذب بلوري معوض لدرجة الحرارة يتم التحكم فيه بالجهد
• VCXO — مذبذب بلوري يتم التحكم فيه بالجهد

• مولد الساعة
• انجراف الساعة – يمكن استخدام قياسات انجراف الساعة لمذبذبات البلورة لبناء مولدات أرقام عشوائية .
• فلتر الكريستال
• إيرهارد كيتز ، الذي عمل على الشوكات الرنانة الإلكترونية وبلورات الكوارتز للحصول على ترددات إشارة دقيقة
• إسحاق كوجا - مخترع قطع R1 Koga المستقرة في درجة الحرارة
• مذبذب بيرس
• جهاز مراقبة سمك الغشاء الرقيق
• مذبذب التردد المتغير (VFO)

• Poddar, AK; Rohde, Ulrich L. (2012-10-19). "المذبذبات البلورية". موسوعة وايلي للهندسة الكهربائية والإلكترونية . ص.  1- 38. doi :10.1002/047134608X.W8154. ISBN 978-0471346081.
• رود، أولريش إل. (أغسطس 1997). أجهزة توليد الصوت بالموجات الدقيقة واللاسلكية: النظرية والتصميم . جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 978-0-471-52019-1.
• Poddar, AK; Rohde, Ulrich L. (21–24 May 2012). "Techniques reduction the Phase noise in crystal oscillator circuits". 2012 IEEE International Frequency Control Symposium Proceedings . Frequency Control Symposium (FCS)، 2012 IEEE International. IEEE. ص.  1– 7. doi :10.1109/FCS.2012.6243701. ISBN 978-1-4577-1820-5.
• Poddar, AK; Rohde, UL; Apte, AM (2013-08-30). "ما هو الحد الأدنى الذي يمكنهم الوصول إليه؟: نموذج ضوضاء طور المذبذب، والتحقق النظري والتجريبي، وقياسات ضوضاء الطور". مجلة IEEE Microwave . 14 (6). IEEE: 50– 72. doi :10.1109/MMM.2013.2269859. S2CID  22624948.
• رود، أولريش إل؛ بودار، أيه كيه؛ أبتي، أيه إم (2013-08-30). "الحصول على قياسه: تقنيات قياس ضوضاء طور المذبذب والقيود". مجلة IEEE Microwave . 14 (6). IEEE: 73– 86. doi :10.1109/MMM.2013.2269860. S2CID  40924332.
• رود، أولريش إل. (31 مايو – 2 يونيو 1978). التحليل الرياضي وتصميم مذبذب 100 ميجا هرتز منخفض الضوضاء للغاية مع محدد تفاضلي وإمكانياته في معايير التردد . وقائع الندوة السنوية الثانية والثلاثين حول التحكم في التردد. أتلانتيك سيتي، نيوجيرسي. ص. 409––. doi :10.1109/FREQ.1978.200269.
• نيوبيج، بيرند؛ بريس، وولفغانغ (1997). Das große Quarzkochbuch [ كتاب الطبخ البلوري ] (PDF) (باللغة الألمانية) (1 ed.). فيلدكيرشن، ألمانيا: فرانزيس فيرلاغ . رقم ISBN 978-3-7723-5853-1. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2019-02-23 . استرجاع 2019-02-23 .(التنزيلات البديلة: QSL: - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. AXTAL ZIP: - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10.)

• مقدمة لمعايير تردد الكوارتز
• "ما هو جهاز بلورة الكوارتز؟". QIAJ . جمعية صناعة بلورة الكوارتز في اليابان. 2007. تم الاسترجاع في 2008-08-10 .
• مارفن إي.، فريركينج (1996). "خمسون عامًا من التقدم في معايير تردد بلورة الكوارتز". وقائع ندوة التحكم في التردد التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات عام 1996. معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. ص  33-46 . مؤرشف من الأصل في 2009-05-12 . تم الاسترجاع في 2009-03-31 .
• التشوهات في المذبذبات البلورية
• مرنانات ومذبذبات بلورات الكوارتز
• ملخص متعدد الصفحات لبلورات الكوارتز ومذبذباتها ومرشحاتها وما إلى ذلك