Температура оказывает существенное влияние на частоту кварцевого резонатора, что достигается в основном за счет изменения физических свойств материала кристалла, как показано ниже:

1. Дрейф частоты:

Частотно-температурные характеристики кварцевого кристалла обычно показывают нелинейную зависимость. В определенном диапазоне температур с ростом температуры модуль упругости кварцевого кристалла уменьшается, что приводит к снижению собственной частоты колебаний кристалла; и наоборот, при снижении температуры модуль упругости увеличивается, а собственная частота колебаний увеличивается. Это изменение частоты с температурой называется дрейфом частоты. Например, когда температура обычного кварцевого резонатора сильно меняется, его дрейф частоты может достигать десятков ppm или даже выше, что неприемлемо для некоторых приложений, требующих высокой точности частоты.

2. Температура точки перегиба:

Кристаллы кварца имеют особую температурную точку, называемую температурой точки перегиба. Вблизи температуры точки перегиба частота кристалла кварца изменяется с температурой с наименьшей скоростью, и частота относительно стабильна. Когда температура отклоняется от температуры точки перегиба, скорость изменения частоты с температурой постепенно увеличивается. Кристаллы кварца разных срезов имеют разные температуры точки перегиба. При правильном выборе типа среза кристалла кварца кристалл может иметь хорошую стабильность частоты в определенном диапазоне температур. Например, кристаллы кварца AT-среза имеют небольшой температурный коэффициент частоты вблизи комнатной температуры, поэтому они широко используются во многих приложениях.

3. Эффект теплового расширения:

Изменения температуры могут вызвать тепловое расширение или сжатие кристаллов кварца. При повышении температуры кристалл расширяется и его размер соответственно увеличивается, что увеличивает инерцию колебаний кристалла, тем самым снижая частоту колебаний; при понижении температуры кристалл сжимается, инерция колебаний уменьшается, а частота колебаний увеличивается. Хотя коэффициент теплового расширения кристаллов кварца относительно невелик, в высокоточных приложениях изменения частоты, вызванные этим эффектом теплового расширения, все равно необходимо учитывать.

4. Долгосрочные температурные эффекты:

Помимо влияния кратковременных изменений температуры на частоту, длительное воздействие высоких или низких температур также может иметь необратимые последствия для производительности кварцевых кристаллов. Например, длительная работа при высоких температурах может вызвать изменения в структуре внутри кристалла, вызывая ускоренное старение и снижение стабильности частоты; при крайне низких температурах кристалл может иметь такие проблемы, как повышенная хрупкость, влияющая на его механические и электрические свойства, и, таким образом, влияющая на стабильность частоты.

5. Влияние скорости изменения температуры:

Скорость изменения температуры также влияет на частоту кварцевого резонатора. Быстрые изменения температуры могут вызывать большие тепловые напряжения внутри кристалла, вызывая изменения в характеристиках вибрации кристалла, тем самым вызывая колебания частоты. Напротив, медленные изменения температуры относительно мало влияют на частоту, поскольку у кристалла больше времени для адаптации к изменению температуры.