Пъезоэлектрический резонатор с регулируемой частотой Советский патент 1982 года по МПК H03H9/15 

(54). ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР С РЕГУЛИРУЕМОЙ

1

Изобретение относится к пьезотехнике и может быть иопопьзовано в радиотехнических устройствах для регулирования частоты кварцевых резонаторов.

Известны пьезоэлектрические резонаторы, регулирование частоты которых осуществляется за счет изменения модуля упругости материала пьеаоэлемента, а также выбора оптимального емкостного отношения tl.,Q

Недостатком таких резонаторов является узкий диапазон регулируемых частот, составляющий десятые доли процента от основной частоты.

Известен также пьезоэлектрический is резонатор с регулируемой частотой, состоящий из пьезоэлемента, снабженного металлическими обкладками, которые выполнены в виде спирали и представляют . собой токонесущий слой.20

Для регулирования частоты пьезоэлектрического резонатора через электрод, выполненный в виде спирали, пропускают ток, который неравномерно нагревает стерЧАСТОТОЙ

|Жень, что изменяет модуль упругости и вызывает внутренние напряжения в пьезоэлементе и тем самым изменяет стабилизированную частоту пьезоэлектрического резонатора .

Недостатком известного пьезорезонатора является сравнительно узкий диапазон регулируемых частот. (О,3% от основной частоты), а кроме-того, большая инерционность регулирования частоты (2-3 с) и малая стабильность частоты (дрейф частоты составляет сотые доли процента от установленной частоты).

Цель изобретения - расширение диапазона регулируемых частот, уменьшение инерционности и,по,вышение стабильности регулируемой частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом резонаторе с регулируемой частотой, содержащем пьезоэлемент, на боковых гранях которого расположены электроды, приче К, по крайней мере, один из них представляет собой токонесущий слой, выполненный из сверх39Доводящего матерцэпа и нанесен на всю поверхность грани, а сам реаонатср поMeilieH в криостат. При подаче. наТфяжения на электроды такого резонатора в пье оэлеменге возбуждаются колебания, частота определяется модулем ущ)угости и размерами пьезоэлемента, 1фичем при уцругих деформациях пьезоэлемекга деформируется и токонесущее покрытие. Если через это покрытие щюпускает ток, то в нем возникает магнитная сила, действующая на |ТОК в собственном магнитном попе. Эта сила направлена противоположно равнодействующей упругих сил, возникающих в пьезоэлементе, т.е. частично компенсирует их. В результате частота колебаний такогч) резонатора уменьщается. Величина такой магнитной силы хфопорционвльна квадрату тока, хфопускаемого через токонесущее покрытие, и, следовательно, чем больший ток можно пропустить через сверх1фоводящее покрытие, тем щИре пределы регулирования частоты, Величину тока можно увеличить, учиты вая ограничения толщинь покрытия пьезоэлемента, только за счет увеличения его плотности. Этим обстоятельством щюдиктован вы бор сверххфоводника в качестве материал Известные в наст(|ящее для покрытия. Еремя материалы способны в сверхпрово-; дящем состоянии нести ток до 10 А/см нести тсж доЮ А/см На фиг. 1 щ едставлен пьезоэлектрический резонатор с регул|фуемой частотой, об1аий вид в двух проекциях; на фиг. 2 - то же, в рабочем состоянии. Предлагаемый пьезорезонатор с регулируемой частотой состоит из стержня 1, выполненного из пьезоэлшстрнческого Ма териала. На 1шнесвны металлические электроды 2 и 3. Элект юды 3 щ едставляют собой сплошные слои из сверхпровод$пцего материала, нанесенные на боковые грани пьезоэлемента. Резонатор помещен в криостат 4. П редлагаемый пьезоэлектрический резонатор работает следующим образом. При подаче напряжения на электроды 2 и 3 и токе по сверхщэоводящему покры тию, равному нулю, частота колебаний ре зонатора определяется у1Ч)угостью и размерами пьезоэлемента. Еслн ток по сверх- .пазона регулируемых частот, уменьшения

проводящему покрытию отличен от нуля, яинерицонности регулирования и повышения

то гчри изгибе пьезоэлемента (фиг. 2) маГстабильности регулируемо, частоты, токонитное поле около вогнутой пов хностинесущий слой выполнен из сверхпроводястановится большим, чем поле у выпуклойщего материала и нанесен на всю поверх7поверхности. Возникает разность магнитm ix сил, действующих на верхнюю и нижнюю грани, а следовательно и сила, частично компенсирующая упругие силы, поэтому резонатф колеблется с меньшей частотой. Для регулирования частоты резонатора изменяют ток, пропускаемый по электродам 3. Пример. Кварцевый стержень имеет длину 1 см и квадратное сечение размером 0,1 У О,1 мм. Два сверх15)оводящих слоя из Wb,,Svi толщиной 1О мкм нанесены методом катодного распыления на две 11ротивоположные грани. Температура в криостате 4,2 К. Критическая плотность тока для Nb,Gn 10А/см: При нулевом токе частота пьезоэлектрического резонатора 5,42 у ЮГш При токе 20О А 4,78 X 10 Гц, т.е. д{/f 12%. Таким образом у 1федлагаемого резонат а диапазон регул1фуемых частот рас- щирен в 4О раз, по сравнению с известным. Он имеет меныиую инертность, так как время установления новой частоты в известном резонаторе складывалось из времени изменения тока и времени установления теплового равновесия. В предлагаемом резонаторе йремя перестройки частоты равно времени изменения тока {О,1 с), что в 2О-30 раз меныие, чем, в известном. Стабильность частоты в известном резонаторе зависит от стабильности тока и теплоотвода, а в хфедлагаемом резонаторе - только от стабильности тока. Предлагаемый резонатор дает возможность регулирования стабиль.ной частоты в радиотехнических устройствах без изменения добротности и стабильности. Формула изобретения Пьезоэлектрический резонатор с регуЛ1фуемой частотой, содержащий пьезоэлемент, на боковых гранях которого расположены электроды, 1фичем, по крайней мере, один из iSix предЪтавйяет собой токонесущий слой, отличающийся тем, что, с целью расщ1фешш диа59383676

ность грани, а пьезоэлектрический резо-1. Альтшуллер Г. Б. Угфаьленив часнатор помещен в криостат.тогой кварцевых . Изд. 2-е,

Источники информации,2. Авторсжов свидетельство СССР

1финятые во внимание при экспертизе 5 J 189030, кл. Н 03 Н 3/О4, 1966.

М., Связь, 1975, с. 26, 27.

Фиг.1

Фиг. 2