КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР-ТЕРМОСТАТ Советский патент 1996 года по МПК H03H9/15 

Описание патента на изобретение SU1669373A1

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к пьезоэлектронике, и может быть использовано в качестве частотозадающего элемента в высокостабильных кварцевых генераторах.

Известны кварцевые резонаторы-термостаты (КРТ) содержащие кристаллический элемент (КЭ) SC-среза, размещенный в замкнутом термостатирусмом объеме.

Недостатком данного КРТ является значительное время установления частоты после включения генератора; около 5 мин, обусловленное слабой связью КЭ с источником тепла и большой теплоемкостью термостатируемого объема.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является серийно выпускаемый КРТ "Сонет", содержащий КЭ АТ-среза в форме прямоугольника с длиной, ориентированной вдоль кристаллографической оси Z1, на центральную часть поверхностей которого нанесены возбуждающие электроды, а на периферийную часть вдоль длинных сторон нанесены резистивные пленочные нагреватели, а также датчик температуры, имеющие отводы для подключения к клеммам блока терморегулирования. Ориентация длины КЭ в данном КРТ выбрана из соображений минимальной чувствительности частоты к механическим напряжениям в системе крепления, которая в пластинах АТ-среза имеет место в направлении, близком к оси Z1.

Недостатком данного КРТ является относительно большое время готовности: около 45 с, а также значительная температурная нестабильность частоты (1-2)х10-7, что обусловлено сильным влиянием, температурных градиентов в КЭ на частоту КРТ в момент разогрева после включения шири изменении окружающей температуры.

Цель изобретения повышение температурной-стабильности частоты и сокращение времени установления частоты.

На чертеже представлен кварцевый резонатор-термостат.

В КРТ, содержащем КЭ 1 SC-среза в форме прямоугольной пластины, на главных гранях в центральной области которого размещены возбуждающие электроды 2 с выводами,а на одной из главных граней в периферийной области КЭ с разных сторон относительно продольной оси его симметрии и параллельно ей размещены резистивные пленочные нагреватели 3, первые концевые участки которых соединены между собой токопроводящей перемычкой 4, a вторые концевые участки соединены соответственно с выводами для подключения к выходным клеммам блока терморегулирования, и датчик 5 температуры с выводами для подключения к входным клеммам блока терморегулирования, продольная ось симметри КЭ составляет с кристаллографической осью Х1 угол, выбранный в пределах от (-15) до (+15)o, а отношение длины КЭ к его ширине выбрано в пределах от 1,7 до 2,3. При этом внешняя кромка резистивных пленочных нагревателей 3 совмещена с торцовой гранью КЭ 1.

Сущность изобретения основана на зависимости времени установления частоты КРТ после включения и температурной стабильности его частоты от конфигурации КЭ и ориентации его длины относительно кристаллографических осей X1 и Z2. Эта зависимость обусловлена тем, что соотношение длин сторон прямоугольного КЭ 1 и ориентация длины относительно кристаллографических осей определяют конфигурацию поля, температурных механических напряжений в КЭ 1, возникающих вследствие тепловых потоков по пластине от нагревателей 3 в окружающую среду, а также чувствительность к этим механическим напряжениям частоты КРТ. При этом экспериментальным путем установлено, что при ориентации длины КЭ 1 в пределах от (-15) до (+15)• к оси X1 и соотношении сторон КЭ 1 в пределах от 1,7 до 2,3 максимальные по величине компоненты поля механических напряжений действуют на активную область КЭ 1 в тех направлениях, в которых пьезопластина SC-среза имеет минимальную тензочувствительность. Совмещение внешней кромки резистивного пленочного нагревателя 3 с торцовой гранью КЭ 1 существенно уменьшает тепловой поток по пластине от нагревателей 3 в окружающую среду через торцовую поверхность, что приводит к уменьшению температурных градиентов в активной области. В результате в предлагаемом КРТ в момент его разогрева после включения температурные механические напряжения оказывают на частоту незначительное влияние, что исключает "подтягивание" частоты после установления в КЭ заданной температуры статирования и сокращает время установления частоты КРТ. По тем же причинам изменение окружающей температуры, вызывающее изменение поля температурных механических напряжений в КЭ 1, не оказывает существенного влияния на частоту КРТ, что обеспечивает повышение температурной стабильности частоты КРТ.

КРТ работает следующим образом. В момент его включения начинается быстрый разогрев КЭ 1 через посредство пленочных нагревателей 3, вызывающий через 10-15 с нагрев пластины до температуры термостатирования, которая контролируется при помощи датчика 5 температуры. Однако, после этого в пластине еще длительное время сохраняются изменяющиеся во времени температурные градиенты, вызывающие в КЭ 1 температурные механические напряжения, влияющие на частоту и увеличивающие время готовности резонатора. Поскольку в предлагаемом КРТ температурные механические напряжения не оказывают сущестренного влияния на частоту, то обеспечивается сокращение времени установления частоты резонатора. После завершения переходного процесса в КЭ 1 устанавливается стационарное температурное поле, обуславливающее соответствующее поле механических напряжений. При изменении окружающей температуры изменяется тепловой поток от нагревателей 3 в окружающую среду, вызывающий изменение поля температурных механических напряжений в пластине. Однако, поскольку в предлагаемом КРТ данные напряжения не оказывают существенного влияния на его частоту то обеспечивается повышение температурной стабильности частоты КРТ.

Для практической проверки предлагаемого изображения были изготовлены и испытаны КРТ на частоту 10 МГц по третьей гармонике, содержащие КЭ прямоугольной формы размерами 7х10, 7х12, 7х14, 7х16 и 7х18 мм, т.е. с соотношением сторон 1,4; 1,7; 2 2,3; 2,6. Ориентация длины пластины к кристаллографической оси Х составляла углы 0, (±15), (±30), (±45), 90o. На поверхности КЭ 1 в центральной части нанесены возбуждающие электроды 2, а в периферийной области пленочные резистивные нагреватели 3, соединенные последовательно проводящей перемычкой 4, внешняя кромка которых совмещена с торцовой гранью КЭ 1. Кроме того, на периферийной части КЭ размещался датчик 5 температуры с выводами, для подключения к блоку терморегулирования КРТ вакуумировались. Проведенные испытания показали, что КРТ с КЭ, соотношение сторон которых находится в пределах 1,7-2,3, а длина ориентирована к кристаллографической оси X1 под углами от (-15) до(+15)o имеют время готовности в 3-5 раз меньшее, чем выбранный в качестве прототипа КРТ "Сонет", являющийся одновременно базовым объектом. Температурная стабильность заявляемых КРТ составила 2-5х10, что в несколько раз выше,чем у КРТ "Сонет".

Похожие патенты SU1669373A1

название год авторы номер документа
КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР С ЧАСТИЧНЫМ ВНУТРЕННИМ РАЗМЕЩЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕРМОСТАТА ГЕНЕРАТОРА 2021
  • Вергентьев Тихон Юрьевич
  • Тарасов Артем Игоревич
  • Шматков Владислав Дмитриевич
RU2777015C1
КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР-ТЕРМОСТАТ 1996
  • Абрамзон Игорь Владимирович
RU2101854C1
КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР 2010
  • Иванченко Юрий Сергеевич
RU2444122C1
Термостатированный кварцевый резонатор 1985
  • Теренько В.С.
  • Дикиджи А.Н.
  • Ярославский М.И.
  • Алексеева Н.И.
  • Банков В.Н.
  • Бахтинов В.В.
  • Варфоломеева Г.И.
  • Коган М.Н.
SU1335112A1
КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР-ТЕРМОСТАТ 2003
  • Куталев А.И.
RU2236746C1
КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР 2012
  • Иванченко Юрий Сергеевич
RU2487470C1
КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР-ТЕРМОСТАТ 2007
  • Федотов Игорь Михайлович
  • Феоктистов Геннадий Владимирович
  • Кирюшкин Анатолий Иванович
RU2329591C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КВАРЦЕВЫХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ АТ-СРЕЗА 1995
  • Кибирев С.Н.
  • Ярош А.М.
RU2117382C1
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР 1992
  • Кибирев С.Н.
  • Колесников В.Н.
  • Ярош А.М.
RU2047267C1
Монолитный кристаллический фильтр 1990
  • Сахаров Сергей Александрович
  • Ларионов Иван Михайлович
  • Исаев Владимир Алексеевич
  • Долгих Сергей Олегович
  • Баранов Владимир Николаевич
SU1780147A1

Реферат патента 1996 года КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР-ТЕРМОСТАТ

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к пьезоэлектронике, и может быть использовано в качестве частотозадающего элемента в высокостабильных кварцевых генераторах. Кварцевый резонатор-термостат содержит кристаллический элемент 1 SC-среза в виде прямоугольника, длина которого ориентирована к кристаллографической оси X' под углом, выбранным в пределах от (-15) до (+15)o, а соотношение сторон кристаллического элемента выбрано в пределах 1,7-2,3. Ha центральные части главных поверхностей кристаллического элемента 1 нанесены возбуждающие электроды 2, а на периферийную часть одной из поверхностей нанесены пленочные резистивные нагреватели 3, а такие датчик 5 температуры, снабженные выводами для подключения к блоку терморегулирования. Изобретение позволяет значительно уменьшить влияние на частоту кварцевого резонатора-термостата температурных механических напряжений, возникающих в кристаллическом элементе 1 в момент разогрева, а также в стационарном режиме при изменении окружающей температуры, в несколько раз уменьшить температурную нестабильность частоты и время установления частоты после включения. 1 ил.

Формула изобретения SU 1 669 373 A1

Кварцевый резонатор-термостат, содержащий кристаллический элемент прямоугольной формы, на главных гранях в центральной области которого размещены возбуждающие электроды с выводами, а на одной из главных граней в периферийной области кристаллического элемента с разных сторон относительно продольной оси его симметрии и параллельно ей размещены резистивные пленочные нагреватели, первые концевые участки которых соединены между собой токопроводящей перемычкой, а вторые концевые участки соединены соответственно выводами для подключения к выходным клеммам блока терморегулирования, и датчик температуры с выводами для подключения к входным клеммам блока терморегулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности частоты и сокращения времени установления частоты, в качестве кристаллического элемента использован элемент SC-cpeза, угол между продольной осью симметрии кристаллического элемента и кристаллографической осью X' выбран в пределах (-15)-(+15)°, а соотношение длины кристаллического элемента и его ширины выбрано в пределах 1,7-2,3, при этом внешняя кромка резистивных пленочных нагревателей совмещена с торцовой гранью кристаллического элемента.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года SU1669373A1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Техника средств связи
Сер
ТРС, 1988, вып.6, сс.15-17
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Техника средств связи
Сер
ТРС, 1979, вып.10, сс.31-34.

SU 1 669 373 A1

Авторы

Абрамзон И.В.

Дикиджи А.Н.

Литвинов В.П.

Теренько В.С.

Тихомиров В.Г.

Федяев И.Ф.

Даты

1996-06-10Публикация

1989-12-12Подача