КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР Российский патент 2006 года по МПК H03H9/54 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании и разработке прецизионных кварцевых резонаторов, в том числе для высокостабильных генераторов.

Известны кварцевые резонаторы с пьезоэлементами двухповоротных у-срезов типа SC (yxbl/22,5°/34,3°), т.е. выполненных под углами 22,5° к оси Х и плюс 34,3° к оси Z кварца [2, стр.191] и ТД (yxbl/22-24°/33,5-35°), т.е. выполненных под углами 22-24° к оси Х и плюс 33,5-35° к оси Z [1], с толщинно-сдвиговыми колебаниями. Использование этих срезов позволяет существенно улучшить кратковременную и долговременную стабильность частоты, в несколько раз уменьшить время готовности к работе, увеличить устойчивость к внешним механическим воздействиям. Однако использованию таких резонаторов препятствует наличие в их частотном спектре побочной В-моды колебаний, имеющей активность, превосходящую активность рабочей С-моды и частоту всего на 10% выше частоты С-моды. Это приводит к паразитному возбуждению генератора на побочном колебании и поэтому требует применения в нем дополнительных селектирующих цепей, ухудшающих характеристики генератора.

Исследования влияния направления полей возбуждения колебаний в пьезоэлементе на его характеристики показали реальную возможность подавления паразитной В-моды в резонаторах двухповоротных у-срезов.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является кварцевый резонатор, описание которого приведено в [3]. Для подавления В-моды авторы используют параллельное поле возбуждения. При этом пьезоэлектрическая константа е'₁₄ обуславливающая колебания на В-моде, имеет меньшую величину, чем пьезокон-станта е'₁₆, обуславливающая колебания на С-моде, что и определяет большую активность полезного колебания по сравнению с побочным.

Но предлагаемая конструкция резонатора имеет существенные ограничения по применению, так как динамическое сопротивление и индуктивность колебаний на С-моде при параллельном поле возбуждения достаточно велики, что затрудняет их согласование со схемой генератора и устойчивую работу генератора в целом. Вот почему резонаторы с параллельным полем возбуждения до настоящего времени не нашли практического применения.

Задача изобретения - расширение эксплуатационных возможностей и улучшение технических характеристик.

Это достигается тем, что в кварцевом резонаторе повышение активности С-моды колебаний (уменьшение ее динамического сопротивления) достигается одновременным использованием для возбуждения колебаний пьезомодулей е'₂₆ (перпендикулярное поле возбуждения) и е'₁₆ (параллельное поле возбуждения). Значения пьезомодулей для двухповоротных у-срезов (ТД, SC) составляет е'₂₆≈1,8·10⁴ ед.зар./см², е'₁₆≈3·10⁴ ед.зар./см². При векторном сложении оптимальный суммарный пьезомодуль равен ˜3,6·10⁴ ед.зар./см² и направлен под углом 60° к оси Y' пьезоэлемента.

Сущность изобретения заключается в геометрии расположения возбуждающих колебания электродов на пьезоэлементе.

Поставленная задача решается тем, что возбуждающие колебания электроды расположены на пьезоэлементе таким образом, что их центры смещены относительно оси Y' на 60° и от оси X'' на 25° по направлению, соответствующему максимальному значению пьезоконстанты С-колебания.

Таким образом для возбуждения пьезоэлемента используется два поля - параллельное и перпендикулярное.

На чертеже изображен пьезоэлемент с возбуждающими электродами, расположенными под углами 60° и 25° относительно осей Y' и X' соответственно.

Точное расположение электродов для различных модификаций двухповоротных у-срезов определяется единыжды (для конкретного среза) с помощью технологических накладных электродов, обеспечивающих возбуждение в параллельном поле по максимальной интенсивности колебаний С-моды.

Изобретение было проверено на пьезоэлементах среза ТД yxbl/23°25'/33°59' на частоту 10 МГц по 3 механической гармонике. Длина пьезоэлемента 10 мм (по оси X'), ширина 7 мм (по оси Z'), пьезоэлемент плосковыпуклый с радиусом кривизны 300 мм. Углы смещения электродов относительно осей составили 25° к оси X' и 60° к оси Z'.

В таблице приведены экспериментальные данные по характеристикам резонаторов с обычными электродами и предлагаемой конструкции.

Таблица№№Вид колебанияЧастота (МГц)Эквивалентное сопротивление (Ом)Расположение электродов1C9,230100смещенноеB10,064220смещенное2C9,230100-B10,064270-3C9,23070-B10,064110-4C9,230120-B10,064220-5С9,230120соосноеВ10,06470соосное

Испытания по проверке изменения активности (динамического сопротивления) в интервале рабочих температур предлагаемой конструкции кварцевого резонатора показали, что величина сопротивления С-моды колебаний находится в пределах 15% от значения в нормальных условиях, что соответствует требованиям к резонаторам для генераторов; сопротивление на В-моде остается неизменным, либо увеличивается вплоть до срыва колебаний в отдельных точках температурного интервала.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №243977 от 3.07.1967. Опубликовано 14.05.1969. Бюллетень №17.

2. Справочник "Пьезоэлектрические резонаторы" под редакцией П.Е.Кандыбы и П.Г.Позднякова - Москва, "Радио и связь", 1992 - 388 с.

3. И.В.Абрамзон, А.Г.Герман, А.Н.Дикиджи, Л.П.Кузнепова, "Кварцевые резонаторы двухповоротных у-срезов с подавленной В-модой", "Электронная техника" серия "Радиодетали и компоненты", вып.3 (72), 1988, с.25.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании и разработке прецизионных кварцевых резонаторов, в том числе для высокостабильных генераторов. Техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей и улучшение технических характеристик. Кварцевый резонатор для стабилизации частоты генераторов содержит пьезокварцевый элемент с толщинно-сдвиговыми колебаниями, выполненный под углами 22-24° к оси Х и плюс 33,5-35° к оси Z кварца, центры возбуждающих электродов на пьезоэлементе смещены относительно оси Y' на 60° и от оси X' на 25° по направлению, соответствующему максимальному значению пьезоконстанты С-колебания.1 табл., 1 ил.

Кварцевый резонатор для стабилизации частоты генераторов, содержащий пьезокварцевый элемент с толщинно-сдвиговыми колебаниями, выполненный под углами 22-24° к оси Х и плюс 33,5-35° к оси Z кварца, отличающийся тем, что центры возбуждающих электродов на пьезоэлементе смещены относительно оси Y' на 60° и от оси X' на 25° по направлению, соответствующему максимальному значению пьезоконстанты С-колебания.