Пьезоэлемент пьезоэлектрического резонатора Советский патент 1992 года по МПК H03H9/15 

Изобретение относится к пьезотехнике и может быть использовано при разработке и изготовлении пьезоэлектрических устройств дециметрового диапазона волн.

Известны пьезоэлектрические резонаторы с компенсацией его статической емкости индуктивностью. Такая компенсация обеспечивает подавление всех гармонических составляющих спектра частот на нечетных гармониках резонатора на частотах ниже рабочей гармоники.

Недостатком известного устройства является его низкая моночастотность на гармониках выше рабочей, поскольку параллельный контур, образованный статической емкостью кварцевого резонатора и компенсирующей индуктивностью, настроен на частоту ниже рабочей гармоники и поэтому на рабочей и более высоких гармониках резонатора имеет емкостное сопротивление. Кроме того, на высоких номерах механических гармоник кварцевого резонатора (выше 5 - 7-й) увеличивается его динамическое сопротивление, а эквивалентное сопротивление параллельно контура снижается и в большей степени шунтирует кварцевый резонатор. За счет этого снижается добротность пьезоэлектрического устройства, состоящего из кварцевого резонатора и параллельно подсоединенной к нему компенсирующей индуктивности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является пьезоэлемент пьезоэлектрического резонатора в интегральном исполнении, содержащий пьезоэлектрическую пластину с размещенными на ее главных гранях в центральной области возбуждающими электродами с выходными выводами и выполненную в виде пленочного проводника катушки индуктивности, первый и второй участки которой размещены соответственно в периферийных областях главных граней пьезоэлектрической пластины и соединены через ее торцовую грань, а

VI

CJ VI -Ч О СО

выводы катушки индуктивности соединены с возбуждающими электродами.

Недостатками известного устройства являются его низкая моночастотность на гармониках выше рабочей частоты и низкая добротность, что обусловлено сильным шунтированием пьезоэлектрической ветви кварцевого резонатора параллельным контуром.

Цель изобретения - повышение добротности и моночастотности на высоких номерах механических гармоник.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлементе пьезоэлектрического резонатора, содержащем пьезоэлектрическую пластину с размещенными на ее главных гранях в центральной области возбуждающими электродами, первый из которых соединен с первым выходным выводом,второй выходной вывод и выполненную в виде пленочного проводника катушки индуктивности, первый и второй участки которой размещены соответственно в периферийных областях главных граней пьезоэлектрической пластины и соединены через ее торцовую грань, а выводы катушки индуктивности содинены с возбуждающими электродами, второй выходной вывод соединен с катушкой индуктивности, при этом соотношение величин индуктивностей участка катушки индуктивности, размещенного между вторым возбуждающим электродом и вторым выходным выводом, и участка катушки индуктивности, размещенного между первым возбуждающим электродом и вторым выходным выводом, выбрано меньшим единицы.

На чертеже представлена конструкция пьезоэлемента пьезоэлектрического резонатора.

Пьезоэлемент содержит пьезоэлектрическую пластину 1, первый возбуждающий электрод 2 с первым выходным выводом 3, второй возбуждающий электрод 4, второй выходной вывод 5 и катушку 6 индуктивности.

Пьезоэлемент работает следующим образом,

При подключении к выходным выводам 3 и 5 переменного напряжения с частотой, соответствующей резонансной частоте пьезоэлектрической пластины 1, в подэлект- родной области между возбуждающими электродами 2 и 4 возбуждаются механические колебания. Амплитуда колебаний в центре электродов максимальна и спадает к их краям.

У краев электродов имплитуда колебаний составляет 5-10% от максимального значения, а в периферийной области, где

размещена катушка 6 индуктивности, колебания практически отсутствуют. За счет подключения к возбуждающим электродам 2 и 4 катушки б индуктивности происходит

компенсация статической емкости пьезоэлемента, и механические колебания в под- электродной области возможны только на нечетных гармониях пьезоэлемента, которые расположены выше резонансной часто0 ты образованного параллельного контура. Поэтому частота параллельного контура выбирается из условия, чтобы быть меньше частоты, соответствующей рабочей гармоники пьезоэлементс, но больше частоты, со5 ответствующей ниже следующей нечетной гармоники. Выполнение первого выходного вывода 3 от возбуждающего электрода 2, а второго вывода 5 от катушки 6 индуктивности преобразует относительно выходных

0 выводов 3 и 5 простой параллельный контур в сложный, в котором к ветви со статической емкостью подключена последовательно часть индуктивности. Такой контур имеет индуктивную составляющую реактивного

5 сопротивления на частотах как ниже частоты параллельного резонанса, так и выше частоты последовательного резонанса, причем частота последовательного резонанса находится выше частоты параллельного ре0 зонанса. В результате при выборе резонансной частоты последовательного контура выше рабочей гармоники на частотах выше частоты последовательного резонанса в пьезоэлементе также не возникают механи5 ческие колебания, что обеспечивает повышение моночастотности на высоких номерах механических гармоник.

Предлагаемое подключение выходных выводов 3 и 5 пьезоэлемента обеспечивает

0 также повышение его добротности. Это обусловлено тем, что параллельный контур должен иметь емкостное сопротивление на частоте рабочей гармоники и поэтому должен быть расстроен относительно этой частоты. Сопротивление параллельного

5 контура при увеличении величины расстройки уменьшается. Увеличить величину этого .комплексного сопротивления на рабочей гармонике пьезоэлемента позволяет предлагаемый сложный параллельный кон0 тур. Увеличение сопротивления уменьшает шунтирование пьезоэлемента на рабочей гармонике, что обеспечивает повышение его добротности.

Пьезоэлемент реализован на кварцевой

5 пластине АТ-среза диаметром 8 мм на частоте 300 МГц по 11-й гармонике. Гармонические составляющие как на нижних, так и на высших номерах гармоник, кроме рабочей, были полностью подавлены. При этом

добротность предлагаемого пьезоэлементе возросла на 15 - 18% по сравнению с известным.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение добротности и моночастотности на высших номерах механических гармоник.

Формула изобретения Пьезоэлемент пьезоэлектрического резонатора, содержащий пьезоэлектрическую пластину с размещенными на ее главных гранях в центральной области возбуждающими электродами, первый из которых соединен с первым выходным выводом, второй выходной вывод и выполненную в виде пленочного проводника катушку индуктивности, первый и второй участки которой

0

5

размещены соответственно в периферийных областях главных граней пьезоэлектрической пластины и соединены через ее торцовую грань, а выводы катушки индуктивности соединены с возбуждающими электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения добротности и моночастотности на высоких номерах механических гармоник, второй выходной вывод соединен с катушкой индуктивности, при этом соотношение величин индуктивностей участка катушки индуктивности, размещенного между вторым возбуждающим электродом и вторым выходным выводом, и участка катушки индуктивности, размещенного между первым возбуждающим электродом и вторым выходным выводом, выбрано меньшим единицы.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в пьезоэлектрических резонаторах. Цель изобре- тения - повышение добротности и моночастотности на высоких номерах механических гармоник. Сущность изобретения заключается в соединении соответствующего выходного вывода с катушкой индуктивности, при этом соотношение величин индуктивности различных участков выбрано меньшим 1. 1 ил.