Пьезорезонатор с температурным управлением частотой колебаний Советский патент 1982 года по МПК H03H3/04 

(54) ПЬЕЗрРЕЗОНАТОР С ТЕМПЕРАТУРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЧАСТОТСЯЙ КОЛЕБАНИЙ Изобретение относится к электронике и может быть использовано в термокомпе сированных кварцевых генераторах. Известен пьезорезонатор, на поверхности которого напылен резистивный нагреватель, подключенный к регулируемом источнику питания 1 . Недостатком этого пьезорезонатора является большое время установлен1Ш частоты, определяемое временем установления теплового равновесия в системе пь езопластина - окружающая среда, большая потребляемая мощность. Известен также пьезорезонатор с температурным управлением частотой колебаний, содержащий кварцевую пьезопластину с нанесенными на ее противоположные поверхности двумя возбуждающими электродами и нагреватель. Электроды вьшоп- нены в виде резистивной спирали С2 . Недостатком известного пьедорезона- тора является необходимость использования хшфро-аналогового преобразователя (ПАП) при упргшлении частотой цифровым управляющим устройством, что усложняет управление. Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик, заключаюшееся в упрощении управления пьезорезонатором цифровым управляющим устройством, а также снижение потребляемой мощности. Поставленнгш цель достигается тем, что в пьезорезонаторе с температурным управлением частотой колебаний, сояержащем кварцевую пьезопластнну, с нанесенными на ее противоположные поверхности двумя возбуждающими электродами и нагреватель, один из электродов выполнен в виде разделенных один от другого усеченных секторов и центральной части, каждый из секторов соединен с центральной частью резистнвным пленочным локальным нагревателем, имеющим внещннй вывод, причем вывод центральной части соед1шев через блокировочные емкости с кажпым из выводов секторов. Кроме того, локальные нагреватели имеют одинаковые сопротивления и расположены в точках поверхности пьезопластины, коэффициенты чувствительности частоты к локальному нагреву в которых составляют геометрическую прогрессию со знаменателем 2. При:чем сопротивления локальных нагре вателей составляют геометрическую прогрессию со знаменателем 2, а расположены нагреватели по замкнутой кривой оди каковой чувствительности частоты к ло кальному нагреву. На фиг. 1 изображен пьезорезонатор с локальными нагревателями, имеющими оди -каковое сопротивление; на фиг. 2 - пьезо резонатор, сопротивления локальных нагре вателей которого составляют геометричес кую прогресс ию со знаменателем 2 ; на фиг. 3 - температурно-зондовые характе- ,ристики пьезорезонатора (АТ-среда) ; на фиг. 4 - зависимость изменения частоты от тока через нагреватель, а следователь но, и от сопротивления нагревателя, поскольку, он подключается к нерегулируемому источнику постоянного напрялсения. Пьезорезонатор содерлсит квapцeвvю пьезоп-ластину 1, на одну сторону которой нанесен возбулудающий электрод 2, а на вторую - электрод . выполненный в виде h разделенных друг от друга усеченных секторов 3 и центральной части 4 Каждый из секторов 3 соединен с, центральной частью 4. резистивным пленочным нагревателем 5. Центральная часть 4 имеет внешний вьюод 6, а каждый из усе ченных секторов 3 имеет внешний вывод 7, причем вывод центральной части 6 соединен с вьтодами секторов 7 блокировочными емкостями 8. Возбуждающий электрод 2 имеет внешний вывод 9. Пьезорезонатор работает следуюпдим образом. Вывод 9 подключается к активной части генератора, а вывод секторов 7 под ключается во внешней цепи резонатора цифровым управляющим устройством к не регулируемому источнику питан1 щ. При этом по цепи: вывод сектора 7, секторS, нагреватель 5, центральная часть 4, вывод центральной части 6 протекает постоянный ток, а в нагревателе 5 выде- ляется мощность Р где и - напря жение нерегулируемого источника питания, - сопротивление подключенного йле.ноч ного нагревателя. Площади нагревателей SnoA ciicT площадь активной зоны пьезопластины 1, поэтому нагре можно считать локальным. Блокировочные емкости 8 замьишют по высокой частоте сектора 3 в единый электрод вместе с центральной частью 4, повышая тем самым активность резонатора. . Известно, что частота пьезорезонатора зависит не только от средней температуры пьезопластины, но и от неравномерности температурного поля по поверхности пьезопластины, т.- е. от температурных градиентов. Температурные градиенты вызывают механические напряжения в пьезо- пластине 1, которые ведут к ходу частоты. Величина ухода частоты зависит от величины механических напря.жений и от точки возникновения этих напряжений на . поверхности пьезопластины 1. Таким образом, влияние включения того КПК иного локального нагревателя 5 на отклонение частоты пьезорезонатора зависит от мощности нагревателя 5 и от его расположения на поверхности пьезо- . пластины.. Если расположить все нагреватели в точках пьезопластины, имеющих одинаковую чувствительность к локальному нагреву, а сопротивление- локальных нагревателей выбрать отличающимися друг от друга в два раза, т. е. для 1-го R , для 2-го 2R , для п -го 2nR, то уход частоты от включения 1-го нагревателя будет л , от 2--ГО 1/2 Af , от п -го 1/2 пд. Если сопротивления всех нагревателей 5 равны R , а расположены нагреватели 5 в точках поверхности пьезопластины, коэ(|)фициенты чувствитель.ности частоты к локальному нагреву в которых ; составляют геометрическую прогрессию со знаменателем 2, то уходы частоты также будут составлять геометрическую прогрессию со знаменателем 2, поскольку уход частоты равен . произведению мощности нагрева накоэффициент чувствительности частоты к локальному нагреву. Определить точку с необходимой чувствительностью можно из графшса (фиг. 3). Число нагревателей п зависит от точности, с.которой необходимо управлять частотой пьезорезонатора. Поскольку влияние включения каждого из нагревателей 5 отличается в два раза от включения соседнего нагревач ля, то всего может быть 2 возможных состояний. Включая тот или иной набор нагревателей 5, можно установить, любой из 2 возможных уходов частоты. : Поскольку каждый из нагревателей имеет свой отдельный вывод, то управление частотойпьезорезонатора при помощи цифрового управляющего устройства существенно упрощается и заключается в подкшочении к нерегулируемому источнику питания того или иного набора выводов 7, а следовательно, и локальных нагревателей Отадает необходимость в использовании ПАП. Кроме того, предлагаемый пъезорезонатер с температурным управлением частотой колебаний позволяет значительно уменьшить тепловую инерционность и потребляемую мощность, так как использует ся локальный, а не объединенный нагрев, что особенно важно-при использовании пьезореэонатора для цепей термокомпенсации. Формулаизобретения 1. Пьезорезонатор с температурным управлением частотой колебаний, содержа щий кварцевую пьезопластину, с нанесенными на ее противоположные поверхности двумя возбуждающими электродами, и нагреватель, отличающийся тем что, с целью улучщения эксплуатационных характеристик и снижения потребляемой мощности, один из электродов выполнен в виде отделенных один от другого yce. ченных секторов и центральной части, каждый из секторов соединен с центральной частью резнетивным пленочным покалъ ным нагревателем, имеющим внешний вы-вод, причем вывод центральной части соединен через блокировочные емкости с каждым из выводов секторов. 2. Пьезореэонатор по п. 1, отличающийся тем, что локальные нагреватели имеют одинаковые сопротивления и расположены в точках поверхности пьезопластины, коэффициенты чувствительности частоты к локальному нагреву в которых составляют геометрическую прогрессию со знаменателем 2. 3; Пьезореаонатор по п. 1, о т п и чающийся тем, что сопротивления локальных нагревателей, составляют геометрическую прогрессию со знаменателем 2, а расположены нагреватели по замкнутой кривой одинаковой чувствительности частоты к локальному нагреву, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Альшуллер Г. В., Ефимов Н, Н., Шакулин В. Г. Экономичные миниатюрные кварцевые генераторы. М., Связь, 1979, с. 157. 2.Авторское свгщетельство СССР № 189ОЗО, кл. Н 03 Н 3/О4, 1965 (прототип).

Фиг.1

Фиг.г

mj-.

Hunt

(f:f10

Фиг.Ъ

ФигМ