क्रिस्टल ऑसीलेटर्सचा मूळ इतिहास

I. प्रस्तावना​

क्रिस्टल ऑसिलेटर, कोर फ्रिक्वेंसी कंट्रोल घटक म्हणून, औद्योगिक उपकरणे, सुरक्षा निरीक्षण प्रणाली, वैद्यकीय उपकरणे, ऑटोमोटिव्ह इलेक्ट्रॉनिक्स, स्मार्ट होम अप्लायन्सेस आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. मॅक्रो दृष्टीकोनातून, जागतिक माहिती पायाभूत सुविधांचे बांधकाम क्रिस्टल ऑसीलेटर्सच्या विकासाशी आंतरिकपणे जोडलेले आहे. हा लेख क्रिस्टल ऑसीलेटर्सच्या तांत्रिक उत्क्रांतीचे पद्धतशीरपणे विश्लेषण करतो-पीझोइलेक्ट्रिक इफेक्टच्या शोधापासून ते नॅनो-स्केल पॅकेजिंग-त्यांनी चार औद्योगिक क्रांतींद्वारे मानवी तांत्रिक प्रगती कशी चालविली आहे हे उघड केले आहे.

​II. क्रिस्टल ऑसिलेटरचा विकास इतिहास​

​1. तांत्रिक ज्ञानाचा काळ​

1880 मध्ये, जॅक आणि पियरे क्युरी या बंधूंनी शोधून काढले की क्वार्ट्ज क्रिस्टल प्लेट्सवर यांत्रिक ताण लागू केल्याने विद्युत चार्ज विस्थापन निर्माण होते, ज्याची संकल्पना प्रस्तावित होती.पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव.

​पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव तत्त्व: जेव्हा पायझोइलेक्ट्रिक सामग्रीवर दबाव लागू केला जातो तेव्हा विद्युत संभाव्य फरक निर्माण होतो (म्हणून ओळखले जातेथेट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव). याउलट, व्होल्टेज लागू केल्याने यांत्रिक ताण निर्माण होतो (दव्यस्त पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव). दाबामध्ये उच्च-फ्रिक्वेंसी कंपन असल्यास, ते उच्च-वारंवारतेचे विद्युत प्रवाह निर्माण करते. जेव्हा उच्च-फ्रिक्वेंसी इलेक्ट्रिकल सिग्नल पिझोइलेक्ट्रिक सिरॅमिक्सवर लागू केले जातात तेव्हा ते उच्च-वारंवारता ध्वनिक सिग्नल (यांत्रिक कंपन) तयार करतात, सामान्यतः म्हणून ओळखले जातातप्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) सिग्नल.

1918 मध्ये, पॉल लॅन्गेव्हिन यांनी पाणबुडी शोधण्यासाठी लवकर सोनार प्रणाली विकसित करण्यासाठी क्वार्ट्ज क्रिस्टल प्लेट्स वापरून संशोधन केले. यामध्ये ध्वनी दिशा शोधणे, प्रतिध्वनी श्रेणी शोधणे, सोनार पल्स शोधणे, लक्ष्य ओळखणे आणि टॉर्पेडो चेतावणी यासह सामरिक आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी सर्वसमावेशक माहिती प्रक्रिया आणि केंद्रीकृत नियंत्रणासाठी एकाधिक सोनार कार्ये एकत्रित करणे समाविष्ट आहे. लॅन्गेविनने पाण्याखालील ध्वनी लहरी निर्माण करण्यासाठी आणि शोधण्यासाठी X-कट क्वार्ट्ज प्लेट्सचा वापर केला.

1921 मध्ये, वेस्लेयन विद्यापीठाचे प्राध्यापक डब्ल्यूजी कॅडी यांनी क्वार्ट्ज क्रिस्टल ऑसिलेटरचे पेटंट घेतले. त्याच्या पेटंटने ऑसिलेटर फ्रिक्वेंसी नियंत्रित करण्यासाठी क्वार्ट्ज क्रिस्टल रेझोनेटर वापरले आणि क्वार्ट्ज बार/प्लेट्सचे वारंवारता मानक आणि फिल्टर म्हणून वर्णन केले. अशा प्रकारे, ऑसीलेटर सर्किट्समध्ये वारंवारता नियंत्रणासाठी क्वार्ट्ज क्रिस्टल्स वापरणारे पहिले कॅडी म्हणून ओळखले जाते.

1923 मध्ये, हार्वर्ड प्रोफेसर GW पियर्स यांनी व्हॅक्यूम ट्यूब व्हॉल्व्ह-च्या ग्रिड आणि एनोड दरम्यान क्रिस्टल ठेवणारे क्रिस्टल ऑसिलेटर सर्किट विकसित केले.

1925 मध्ये, वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिकने त्यांच्या KDKA रेडिओ स्टेशनसाठी मुख्य ऑसिलेटर म्हणून क्रिस्टल ऑसिलेटर स्थापित केले.

व्हॅन डायकने क्वार्ट्ज क्रिस्टल रेझोनेटर्ससाठी समतुल्य सर्किट मॉडेल विकसित केले. या सर्किटमध्ये दोन रेझोनंट फ्रिक्वेन्सी आहेत:मालिका रेझोनंट वारंवारता (fs), जेथे Lg-Cg-Rg शाखा प्रतिध्वनित होते, आणि समांतर रेझोनंट वारंवारता (fp), एकूण सर्किट अनुनाद. Cg < C0 पासून, या फ्रिक्वेन्सी खूप जवळ आहेत. प्रतिक्रिया-फ्रिक्वेंसी वैशिष्ट्य fs आणि fp मधील प्रेरक वर्तन आणि इतरत्र कॅपेसिटिव्ह वर्तन दर्शवते.

1926 मध्ये, Y-कट क्रिस्टल्स शोधून त्यांचा वापर करण्यात आला. तोपर्यंत, फक्त X-कट क्वार्ट्ज क्रिस्टल्स वापरले जात होते. X-कट क्रिस्टल्सचे तापमान गुणांक ~-२०ppm/डिग्री असताना, Y-कट क्रिस्टल्स ~+100ppm/डिग्री प्रदर्शित करतात, हे दर्शविते की वेगवेगळ्या क्रिस्टल कट्समुळे भिन्न तापमान गुणांक मिळू शकतात.

1927 मध्ये, बेल लॅब्सच्या वॉरन मॅरिसनने पहिले क्वार्ट्ज क्रिस्टल ऑसिलेटर मानक विकसित केले.

1928 मध्ये, वॉरन मॅरिसनने बेल टेलिफोन प्रयोगशाळांमध्ये पहिले क्वार्ट्ज क्रिस्टल घड्याळ तयार केले. क्वार्ट्ज घड्याळांनी अचूक पेंडुलम घड्याळांची जागा जगातील सर्वात अचूक टाइमकीपर (अणु घड्याळेपर्यंत) म्हणून घेतली.

अणु घड्याळेवेळेसाठी अणुऊर्जा शोषण/रिलीज दरम्यान उत्सर्जित होणाऱ्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींचा वापर करा, दर 20 दशलक्ष वर्षांमध्ये ~1 सेकंद एररची अचूकता मिळवा-सध्या जगातील सर्वात अचूक टाइमकीपिंग साधन आहे.

1934 मध्ये, AT- आणि BT-कट क्वार्ट्ज क्रिस्टल रेझोनेटर्सचा उदय झाला, जो स्वतंत्रपणे अभाव/विलार्ड/फेअर (यूएसए), कोगा (जपान) आणि बेकमन/स्ट्रॉबेल (जर्मनी) यांनी शोधला.

​2. R&D कालावधी: क्रिस्टल ऑसिलेटरचे मोठ्या प्रमाणात उत्पादन​

1950 मध्ये अणु घड्याळे विकसित झाली. क्वार्ट्ज घड्याळांनी 30 वर्षांमध्ये (30ms/yr) कमाल 1 सेकंदाची अचूकता प्राप्त केली. बेल लॅब्सने व्यावसायिक-स्केल क्वार्ट्ज क्रिस्टल वाढीसाठी हायड्रोथर्मल प्रक्रिया सुरू केली.

​3. विकास कालावधी: बॅच उत्पादन आणि लष्करी वापरातून नागरी वापराकडे शिफ्ट​

1968 मध्ये, नॉर्थ अमेरिकन एव्हिएशनच्या जुर्गेन स्टॉडटे यांनी क्वार्ट्ज क्रिस्टल ऑसीलेटर्सच्या निर्मितीसाठी फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियेचा शोध लावला, ज्यामुळे घड्याळांसारख्या पोर्टेबल उत्पादनांसाठी सूक्ष्मीकरण सक्षम होते.

1976 मध्ये, पहिले SC-कट क्रिस्टल्स उपलब्ध झाले. OCXO ऑपरेटिंग तापमानात त्यांच्या इष्टतम तापमान गुणांकामुळे प्रामुख्याने ओव्हन-नियंत्रित क्रिस्टल ऑसिलेटर (OCXOs) मध्ये वापरले जाते.

​4. जलद विकास कालावधी: इलेक्ट्रॉनिक्समधील विविध अनुप्रयोग​

1990 पासून आत्तापर्यंत, क्वार्ट्ज ऑसिलेटर डीआयपी वरून लहान एसएमडी पॅकेजेसमध्ये विकसित झाले आहेत, पारंपारिक धातूच्या आवरणांपासून प्लास्टिक/मेटल/सिरेमिक एन्कॅप्सुलेशन्समध्ये संक्रमण झाले आहेत. अचूक उत्पादन प्रक्रियांची मागणी करत अचूकता आणि वारंवारता आवश्यकता वाढल्या आहेत. 5G, IoT, ऑटोमोटिव्ह इलेक्ट्रॉनिक्स, स्मार्ट हेल्थकेअर आणि इंटेलिजेंट अप्लायन्सेस यांसारख्या विविध क्षेत्रांसाठी कोनाडा वापरापासून विस्तारित केलेले अनुप्रयोग.

​III. सारांश​

1880 ते 1956 या 70+ वर्षांमध्ये क्वार्ट्ज ऑसिलेटरचा पायाभूत कालावधी चिन्हांकित केला गेला, ज्याचे वैशिष्ट्य ग्राउंडब्रेकिंग आविष्कार आणि प्रभावशाली नवोन्मेषक होते. क्वार्ट्ज तंत्रज्ञानाची प्रगती शोध, समज आणि परिपक्वता-प्रगतीची हळूहळू प्रक्रिया प्रतिबिंबित करते.