Пьезоэлектрический резонатор Советский патент 1959 года по МПК H03H3/04 

Известно применение в пьезоэлектрических резонаторах на низкие частоты кристаллических элементов, совершающих преимущественно колебания изгиба или кручения. К числу таких элементов относятся пластины с Нанесенными на их большие грани ;)азделен11ым1 электродами, бруски с электродами, нанесенными иа четыре боковые грани, и, иаконец, сдвоенные или биморфные элементы.

В элементах первого типа, как известно, не удается возбудить колебания на достаточно низких частотах, так как изгиб в них осуществляется в направлении ширины пластины. В элементах второго типа (брусках) возможно возбуждение изгнбных колебаний па более низких частотах (примерно до частот порядка 1 , т. к. колебания кзгнба в этом случае могут быть возбуждены в направлении наименьшего размера элемента (в направлении толщины). Однако резонаторы с элементами этого типа имеют высокий импеданс, что в большинстве с.чучаев вызывает затруднения при согласовании их с элемеитами цепей генераторов -и фильтров и об словливает сравнительно низкую активность их колебаний. Элементы третьего типа (биморфные), представляющие собой соединение двух кристаллических пластин, хотя и лишенные указанных недостатков, не получили широкого применения ввиду того, что наличие в них слоя вещества (клея пли припоя), посредством которого осуществляется соединение криста.т.тических пластин, вызывает у.худщение ряда характеристик резонаторов. Рез знаторы с биморфными элементами имеют большой разброс электрических иараметров, большой температурный коэффициент частоты (т.к.ч.), малую добротность и характеризуется непостоянство.г параметров во времени.

Предлагаемый резонатор позволяет осуществлять изгибные пли крутильные пьезоэлементы, соединяющие в себе достоинства элементов всех упомянутых типов и лишенные их недостатков. В теле кристалли№ 123573

ческого элемента (бруска и.ги пластины) Прорезается одна или несколько щелей, параллельных еТо граням. Поверхности щелей используются для нанесения на них одиим из известных способов тонкого слоя металла, образующего эл-ект роды внутри кристаллического элемента. Наружные и внутренние электроды соединяют между собой таким образом, чтобы приложенное к ним электрическое напряжение; вызывало противоположно направленные линейные или сдвиговые деформации противоположных сторон элемента. При этом в элементе будут возникать дефорМации изгиба или кручения.

На фиг. 1 изображен простейший изгибиой и.ти крутильный элемент; на фиг. 2-схема расположения внутренш-ix и наружных электродов и соединения их между собой, позволяюнтая возбуждать колебания изгиба; стрелкалГИ показано направление электрического поля и соответствующих линейных деформаций элемента.

Сопоставляя форму, размеры и взаимное расположение электродов предложенного «щелевого пьезоэлемента с элементами известных типов, не т)удно заметить аналогию его с биморфиым элементом. Подобно бимОрфному элементу И1елевой элемент может быть выполнен с ма. расстояниями между электродами, что при относительно большой плоидади их обеспечивает больнгае значение параллельной емкости, следовательно, низкое значение его импеданса. Благодаря низкому импедансу иделевые элементы обладают высокой активностью колебаний при возбуждении их в автогенераторах. Д.ля понижения электрического импеданса элемента можно прибегнуть ,тибо к увеличению нщрины щели, как это показано на фиг. 3, либо к увеличению их числа.

На фиг. 4 и 5 показаны элементы, в теле которых про1)езанэ несколько щелей, что позволяет enie более уменьшить расстояние между электродами и получить несколько нар электродов, а следовательно, понизить электрический импеданс таких элементов. Подобного рода Н1ели незначительно из меняют собстве;1ную частоту колебаний элемента, так как жесткость его на изгиб изменяется незначительно. Однако, используя систему фигурных щелей, например, аналогичную показанной на фиг. 6, можно наряду с уменьшением импеданса достигнуть и заметного понижения частоты собственных колебаний изгиба, не прибегая к увеличснию размеров элемента.

Изготовление пьезоэлектрических элементов из различных кристаллов может легко осуществляться с помощью ультразвукового долбежного станка.

Щелевые пьезоэлементы, имея, как и биморфные элементы, низкий электрический импеданс, обладают рядом преимуществ по сравнению с последними, в частности имеют меньший. тл.ч., большую добротность и более высокую стабильность частоты во времени. По сравнению с други ми типами элементов их можно выполнять с меньшими размерами при сохранении той же активности колебаний, в результате чего может быть достигнута существенная экономия кристаллического сырья. Уменьшение размеров элемента позволяет сократить размеры резонатора, одновременно повысив его устойчивость к различным механическим воздействиям.

Пред м е т и зобретения

Пьезоэлектрический- резонатор с цельнокристаллически м элементом, соверщающим колебания нзгиба или кручения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения его электрического импеданса, резонатор снабжен одной или несколькими щелями, на боковые поверхности которых нанесены проводящие электроды.

Фи../

Фиг.2

Фиг.З

Фиг,