КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР Российский патент 1997 года по МПК H03H9/19 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в устройствах стабилизации частоты.

Известен кварцевый резонатор [1] содержащий снабженный возбуждающими электродами кристаллический элемент двухповоротного среза, например, YXBL/±13^o54'/-30,8^o, выполненный в форме плосковыпуклой пластины Этот резонатор обладает малой зависимостью частоты от температуры и высокой добротностью, однако имеет неудовлетворительную моночастотность из-за наличия вблизи основного резонанса сильного резонанса моды B. Это затрудняет, в частности, применение таких резонаторов в кварцевых генераторах.

Из известных устройств наиболее близким к заявленному является кварцевый резонатор [2] содержащий размещенный в корпусе кристаллический элементы среза YXBL/±(14^o±1^o)/-(32^o±1^o), выполненный в форме линзообразной пластины, по крайней мере на одном из главных поверхностей которого расположены возбуждающие электроды, разделенные в его центре линейным межэлектродным зазором В таком кварцевом резонаторе в кристаллическом элементе создается параллельное возбуждающее поле, электрическая напряженность которого направлена вдоль кристаллографической оси X'. Благодаря такому электрическому полю мода B оказывается значительно ослабленной, а динамическое сопротивление на основном резонансе низким.

Однако такой кварцевый резонатор имеет значительные габариты, поскольку кристаллический элемент имеет круглую форму и его трудно разместить в малогабаритном корпусе. Уменьшение же диаметра кристаллического элемента невозможно из-за увеличения динамического сопротивления кварцевого резонатора вследствие увеличения рассеивания энергии колебаний на краях кристаллического элемента.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании кварцевого резонатора, лишенного недостатков, свойственных прототипу. Технический результат, который дает осуществление изобретения, заключается в уменьшении габаритов кварцевого резонатора без увеличения его динамического сопротивления.

Это достигается тем, что в кварцевом резонаторе, содержащем размещенный в корпусе кристаллический элемент среза YXBL/±(14^o±1^o)/-(32^o±1^o), выполненный в форме линзообразной пластины, по крайней мере на одной из главных поверхностей которой расположены возбуждающие электроды, разделенные в его центре линейным межэлектроным зазором, кристаллический элемент выполнен усеченным симметрично относительно его центра двумя параллельными плоскостями, составляющими с кристаллографической осью Z' угол от -15^o до +5^o, при этом длина и ширина кристаллического элемента выбраны из соотношений

где L, B, t и R выражение в мм длина, ширина, толщина и радиус кривизны линзообразной поверхности кристаллического элемента соответственно.

Новым в изобретении является форма выполнения кристаллического элемента и выбор его длины и ширины. Указанный выше технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.

На фиг. 1 показан кристаллический элемент кварцевого резонатора с возбуждающими электродами в продольном разрезе; на фиг. 2 вид на его главную поверхность (корпус кварцевого резонатора не показан).

Кварцевый резонатор содержит кристаллический элемент 1 с возбуждающими электродами 2 и 3, разделенными линейным межэлектродным зазором 4. Кристаллический элемент 1 образован усечением исходной пластины 5 двумя параллельными плоскостями 6, составляющими с осью Z' угол -15^o +5^o. Кристаллический элемент 1 размещен в корпусе.

Кварцевый резонатор работает следующим образом. При подаче на возбуждающие электроды 2 и 3 электрического напряжения с частотой, равной частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора, в кристаллическом элементе 1 возникают механические колебания. Амплитуда этих колебаний вследствие эффекта "захвата энергии" убывает от центра кристаллического элемента 1 к его середине таким образом, что линия равных амплитуд представляет собой эллипс с большой осью, ориентированной под углом около 05^o к кристаллографической оси Z'. Соотношение большой и малой оси эллипса составляет около 1,5. Это означает, что амплитуда колебаний при удалении от центра кристаллического элемента 1 в направлении малой оси элипса уменьшается примерно в 1,5 раза быстрее, чем в перпендикулярном направлении. Поэтому размер кристаллического элемента 1 в направлении малой оси эллипса может быть уменьшен в 1,5 раза по сравнению с размером в ортогональном направлении без увеличения динамического сопротивления кварцевого резонатора. Таким образом, размер кристаллического элемента 1 в направлении около -5^o к кристаллографической оси X' может быть уменьшен без снижения добротности. Практически этот эффект сохраняется при ориентации ширины кристаллического элемента относительно кристаллографической оси X' (или длины относительно кристаллографической оси Z') в пределах от -15^o до +5^o. При этом влияние связанных колебаний в кристаллических элементах срезов YXBL/±(14^o±1^o)/-(32^o±1^o) резко возрастает при диаметре кристаллического элемента 1 меньше 6,9(t+1 мм), что установлено эмпирически. Поскольку минимальный размер не может быть уменьшен увеличением кривизны линзообразного профиля, то для кристаллического элемента 1, для которого Lmin/Bmin= 1,5, геометрические размеры должны удовлетворять неравенствам:
L≥6,9(t+1 мм), B≥4,6(t+1 мм),
(все размеры в мм).

Наибольшие размеры кристаллического элемента ограничены уменьшением толщины края линзообразной пластины по мере удаления от центра и не могут превышать значения, равного .

Пример реализации. Кварцевый резонатор в вакуумном исполнении содержит кристаллический элемент среза YXBL/13^o54'/-32^o на частоту 10 мГц по первой гармонике. Кристаллический элемент имеет форму прямоугольной пластины, по толщине образующей плосковыпуклую линзу. На одной из ее рабочих поверхностей расположены возбуждающие электроды, разделенные зазором, длина которого ориентирована вдоль кристаллографической оси Z'. Длина кристаллического элемента также ориентирована вдоль этой оси. Геометрические размеры кристаллического элемента составляют следующие величины t=0,22 мм, L=9 мм, B=150 мм. Динамическое сопротивление кварцевого резонатора составило 80 Ом, а добротность 1.3•10⁶.

Кварцевый резонатор, выполненный в соответствии с изобретением, обладает габаритами меньшими, чем аналогичные кварцевые резонаторы, и имеет невысокие значения динамического сопротивления.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к конструкции кварцевого резонатора. Сущность изобретения: кристаллический элемент резонатора выполнен в виде линзообразной пластины. Возбуждающие электроды разделены в центре кристаллического элемента линейным зазором, что обеспечивает возбуждение параллельного электрического поля. В таком кристаллическом элементе амплитуда колебаний при удалении от его центра в направлении малой оси эллипса, представляющего собой линию равных амплитуд, уменьшается в 1,5 раза быстрее, чем в перпендикулярном направлении. Поэтому размер кристаллического элемента в направлении малой оси эллипса может быть уменьшен, что не сопровождается увеличением динамического сопротивления. 2 ил.

Кварцевый резонатор, содержащий корпус, в котором размещен кристаллический элемент среза YXBL / ± (14 ± 1^o) / (32 ± 1^o), выполненный в форме плосковыпуклой линзообразной пластины, по крайней мере на одной из поверхностей которой расположены возбуждающие электроды, разделенные в ее ценре линейным зазором, отличающийся тем, что плосковыпуклая линзообразная пластина выполнена усеченной двумя параллельными центральной оси полостями, образующими с кристаллографической осью Z угол от -15 до + 5^o, при этом длина L и ширина B плосковыпуклой линзообразной пластины выбраны из соотношений

где t максимальная толщина линзообразной пластины мм;
R радиус кривизны выпуклой поверхности плосковыпуклой линзообразной пластины, мм.