БЕСКОНТАКТНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР Российский патент 2009 года по МПК H03H9/17 H03H9/54 

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности к пьезотехнике, и может быть использовано при разработке и производстве пьезоэлектрических резонаторов.

Известны герметичные и вакуумные пьезоэлектрические резонаторы в металлических и стеклянных корпусах самых различных видов и типов, конструкции которых представлены в Справочнике по кварцевым резонаторам. Под ред. П.Г.Позднякова. - М.: Связь, 1978., стр.54-72. Все конструкции резонаторов, описанные в данном Справочнике, для соединения электродов пьезоэлемента с внешней электрической цепью имеют гибкие или жесткие электрические выводы, выполненные через корпус, который состоит из двух частей: основания и крышки (кожуха, колпачка, баллона) корпуса. Чтобы обеспечить стабильность частоты, современные резонаторы имеют, как правило, герметичные корпусы, надежно защищающие их от действия влажности, изменений внешнего атмосферного давления и быстрых изменений температуры. Материалы элементов корпуса и материалы, используемые для соединения его частей, так же как и все внутренние детали резонатора, не должны быть источниками даже ничтожных загрязнений пьезоэлемента. Внутренний объем корпуса заполняют сухим инертным газом или воздухом при давлении, близком к атмосферному, или создают внутри него разрежение не менее 10 Па. В первом случае резонаторы являются герметичными, во втором - вакуумными.

Качество резонаторов в значительной мере определяется способом соединения частей корпуса и конструкцией выводов. В металлических корпусах основание с крышкой соединяют пайкой мягкими припоями, контактной, плазменной, лазерной или холодной сваркой. Любая из перечисленных сварок обеспечивает вакуум - плотность. Использование же пайки с флюсами отрицательно отражается на стабильности частоты во времени. Поэтому обычно используют бесфлюсовую пайку токами высокой частоты или сварные соединения, которые не только более надежны, но и обеспечивают меньшее старение резонаторов. Однако на старение резонаторов большое влияние оказывают также выводы резонаторов. В стеклянных корпусах металлические выводы непосредственно вваривают в стеклянное основание корпуса, а в металлических или другого типа токопроводящих корпусах выводы делают с изоляторами, как правило, стеклянными, вместе с которыми уже закрепляют в металлическом основании корпуса. С течением времени на резонатор воздействуют различные температуры (нагрев - охлаждение) и за счет разных температурных коэффициентов расширения токопроводящего вывода и стеклянного основания или изолятора в последних образуются микротрещины и нарушается герметизация корпуса. Это приводит к проникновению внутрь корпуса различных газов и влаги, которые вызывают окисление электродов и изменение частоты резонатора и других его параметров со временем.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является пьезоэлектрический резонатор, содержащий крышку и основание корпуса, на котором параллельно его внутренней грани расположена пьезоэлектрическая пластина с размещенными на ее главных гранях первым и вторым электродами, представленный в Справочнике по кварцевым резонаторам. Под ред. П.Г.Позднякова. - М.: Связь, 1978, стр.61, рис.3.5; стр.193, рис.12.12, в).

Недостатком известных герметичных резонаторов в металлических корпусах типа Т, как и вышеописанных, является то, что выводы через основание корпуса выполнены со стеклянными изоляторами, в которых с течением времени образуются микротрещины и нарушается герметизация корпуса. Поэтому за счет проникновения внутрь корпуса воздуха, различных газов и влаги происходит окисление электродов и изменение не только частоты резонатора, а также других его параметров. Как следует из таблицы 4.1 стр.75 вышеуказанного Справочника по кварцевым резонаторам основную нестабильность частоты при влиянии внешних воздействий на резонатор вносят время и влажность.

Задачей, которую решает данное изобретение, является снижение старения кварцевого резонатора и повышение его долговременной стабильности частоты.

Технический результат достигается за счет того, что в бесконтактный пьезоэлектрический резонатор, содержащий крышку и основание корпуса, на котором параллельно его внутренней грани расположена пьезоэлектрическая пластина с размещенными на ее главных гранях первым и вторым электродами, дополнительно введен трансформатор, обмотки которого выполнены в виде плоских катушек индуктивности, причем первичная обмотка размещена на внутренней грани основания или крышки корпуса, на внешней грани которого соосно с первичной обмоткой размещена вторичная обмотка, выводы которой являются выводами резонатора, а выводы первичной обмотки электрически соединены с выводами соответственно первого и второго электродов, при этом основание и/или крышка корпуса выполнены из диэлектрика, керамики, феррита или другого ферромагнитного материала.

При возбуждении резонатора на гармониках его основной частоты часто требуется скомпенсировать статическую емкость С₀ пьезоэлектрического резонатора до величины параметра высокочастотности τ₀=ωC₀r_q, близкой к нулю (менее 0,1). При этом, когда величины индуктивности первичной обмотки трансформатора оказывается недостаточно для компенсации С₀, дополнительно последовательно с первичной обмоткой могут быть подключены катушки индуктивности. Поэтому представлен второй вариант выполнения бесконтактного пьезоэлектрического резонатора.

Технический результат может быть достигнут также за счет того, что в бесконтактный пьезоэлектрический резонатор, содержащий крышку и основание корпуса, на котором параллельно его внутренней грани расположена пьезоэлектрическая пластина с размещенными на ее главных гранях первым и вторым электродами, дополнительно введены первая и вторая катушки индуктивности и трансформатор, обмотки которого выполнены в виде плоских катушек индуктивности, причем первичная обмотка размещена на внутренней грани основания или крышки корпуса, на внешней грани которого соосно с первичной обмоткой размешена вторичная обмотка, выводы которой являются выводами резонатора, а выводы первичной обмотки электрически соединены с первыми выводами соответственно первой и второй катушек индуктивности, выполненных в виде пленочного проводника и размещенных в периферийных областях соответствующих главных граней пьезоэлектрической пластины, при этом вторые выводы катушек индуктивности соединены соответственно с первым и вторым электродами, а основание и/или крышка корпуса выполнены из диэлектрика, керамики, феррита или другого ферромагнитного материала.

На фиг.1 и фиг.2 представлены пьезоэлементы, выполненные в соответствии с пунктами П.1 и П.2 формулы изобретения. На основных гранях каждой из пьезоэлектрических пластин 1 выполнены электроды на лицевой 2 и на противоположной стороне 3 с выводами соответственно 4 и 5. Согласно П.2 формулы изобретения при необходимости увеличения величины индуктивности, компенсирующей статическую емкость С₀, между электродами 2 и 3 и выводами 4 и 5 соответственно включаются катушки индуктивности 6 и 7, размещенные на пьезоэлектрической пластине 1, выполненные в виде плоских катушек.

На фиг.3-6 представлено основание корпуса резонатора без крышки и пьезоэлемента, показанного на фиг.1 и 2. Фиг.3 - вид основания корпуса сверху, фиг.4 - вид сбоку с вырезом, фиг.5 - вид снизу (с внешней стороны основания корпуса) и фиг.6 - вид сбоку снизу с вырезом. На основании корпуса выполнен трансформатор 8, обмотки которого выполнены в виде плоских катушек индуктивности. Первичная обмотка 9 размещена на внутренней грани, а вторичная обмотка 10 - на внешней грани основания корпуса.

Снижение старения пьезоэлектрического резонатора и повышение его долговременной стабильности обеспечивается в предложенном техническом решении за счет отсутствия выводов, проходящих через основание или другие элементы корпуса. Поэтому со временем не нарушается герметизация корпуса пьезоэлектрического резонатора. Сигнал высокой частоты поступает на пьезоэлемент 1 через трансформатор 8, магнитопроводом которого служит основание или крышка корпуса. Положительный эффект достигается независимо от того, из какого материала выполнено основание, являющееся одновременно магнитопроводом трансформатора, из диэлектрика, керамики, феррита или другого ферромагнитного материала. При выполнении трансформатора 8 на основании корпуса крышка корпуса может быть выполнена из металла.

Источники информации

1. Справочник по кварцевым резонаторам. Под ред. П.Г.Позднякова. - М.: Связь, 1978., стр.54-72.

2. Справочник по кварцевым резонаторам. Под ред. П.Г.Позднякова. - М.: Связь, 1978, стр.61, рис.3.5; стр.193, рис.12.12, в).

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности к пьезотехнике, и может быть использовано при разработке и производстве пьезоэлектрических резонаторов. Технический результат заключается в снижении старения пьезоэлектрического резонатора и повышении его долговременной стабильности частоты за счет исключения выводов от пьезоэлемента, проходящих через основание корпуса. Он достигается за счет того, что дополнительно введен трансформатор, обмотки которого выполнены в виде плоских катушек индуктивности. Первичная обмотка размещена на внутренней грани основания корпуса, на внешней грани которого соосно с первичной обмоткой размещена вторичная обмотка, выводы которой являются выводами резонатора. Выводы первичной обмотки электрически соединены с выводами соответственно первого и второго электродов. Основание, на котором размещен трансформатор, и/или крышка корпуса выполнены из диэлектрика, керамики, феррита или другого ферромагнитного материала. При необходимости увеличения величины индуктивности, компенсирующей статическую емкость, между электродами и выводами соответственно включаются катушки индуктивности, размещенные на пьезоэлектрической пластине, выполненные в виде плоских катушек. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Бесконтактный пьезоэлектрический резонатор, содержащий крышку и основание корпуса, на котором параллельно его внутренней грани расположена пьезоэлектрическая пластина с размещенными на ее главных гранях первым и вторым электродами, отличающийся тем, что дополнительно введен трансформатор, обмотки которого выполнены в виде плоских катушек индуктивности, причем первичная обмотка размещена на внутренней грани основания или крышки корпуса, на внешней грани которого соосно с первичной обмоткой размещена вторичная обмотка, выводы которой являются выводами резонатора, а выводы первичной обмотки электрически соединены с выводами соответственно первого и второго электродов, при этом основание и/или крышка корпуса выполнены из диэлектрика, пьезокерамики, феррита или другого ферромагнитного материала.2. Бесконтактный пьезоэлектрический резонатор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введены первая и вторая катушки индуктивности, выполненные в виде пленочного проводника и размещенные в периферийных областях соответствующих главных граней пьезоэлектрической пластины, при этом выводы первичной обмотки трансформатора электрически соединены с первыми выводами соответственно первой и второй катушек индуктивности, а вторые выводы катушек индуктивности соединены соответственно с первым и вторым электродами.