Главная  Пьезоэлектрический резонатор 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [ 27 ] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38]

Предварительная настройка мварцевых резонаторов произво-дится изменением толщины электродов пьеэоэлементов, а таклсе изменением их контурных размеров. Толщину электродов пьезоэлементов изменяют различными методами. Наиболее перспектив, нымн можно считать метод настройки частоты вакуумной металлизацией на установке индивидуальной металлизации, описанной в § 6.5. Предварительную настройку пьезоэлементов обычно производят в технологииеаксм кварцедержателе, после чего пьезоэлементы окончательно монтируют в кварцедержатель.

Далее следует окончательная настройка (эталонировка). Металлический кварцедержатель герметизируют, т. е. запаивают, а на стеклянное основание вакуумного кварцедержателя надевают стеклянный баллон со щтенгелем - отростком для откачки воз-Духа - и заваривают. После откачки воздуха щтенгель отпаивают и производят термотрениров-ку резонатора. На термотренировку и заварку резонатора оставляют определяемый практически зависимости от номинальной частоты резонатора допуск по час-тоте. Термотренировку производят на специальной вакуумной .установке. Кассету с резонаторами без кожуха или баллона уста-ЛДВливают в камеру вакуумной установки, из которой откачи-Ъается воздух до предельного разрежения, согласно инструкции по эксплуатации установки. Температура термотренировки устанавливается равной 110°С. Резонаторы термотренируют в течение 2 ч, считая с момента установления температуры 110°С в камере. После термотренировни резонаторы выдерживают при темпера-туре окружающего воздуха в течение 10-15 мин, после чего они вынимаются из кассеты.

Пьезоэлемент осматривают с помощью лупы (4-6-кратной) в отраженном свете электролампы или лампы дневиого света. Сколы на торцах пьезоэлемента, если они есть, затачивают шлифовальным бруском, при этом длина заточенной части должна быть не более 1/3 диаметра пьезоэлемента. К пьезоэлементам предъявляется ряд требований по внещнему виду. Пьезоэлементы, устанавливаемые параллельно стойке, не должны перемещаться в поперечном направлении. Серебряное покрытие пьезоэлементов должно быть чистым и равномерным.

Оборудование рабочего места для настройки частоты пьезоэлементов кварцевых резонаторов. Рабочее место для предварительной настройки оборудовано шлифовальной шайбой для настройки частоты пьезоэлементов шлифованием, ванночкой с электролитом для настройки частоты пьезоэлементов, ванночкой с подогревом для промывки пьезоэлементов в горячей дистиллированной воде или «баней» с электроплиткой для получения горячей проточной дистиллированной воды, термостатом для просушки пьезоэлементов, паяльником , - электрическим или воздушным, . тарой транспортировочной, технологическим генератором, элек-. тронно-счетным частотомером.

• Рабочее место для окончательной настройки (эталонировки) пьезоэлементов кварцевых резонаторов оборудоваво вакуумной

установкой для индивидуальной металлизации пьезоэлементов, электронно-счетным частотомером, приемникам соответствующего диапазона частот, селектором гармоник, звуковым генератором, осциллографом, эквивалентом кварцевого генератора для включения эталонируемого кварцевого резонатора. К рабочему месту для эталонировки подводится эталонная частота 1000 Гц для работы с селектором гармоник.

Для выполнения различных операций по сборке и настройке кварцевых резонаторов весьма перспективно применение вакуумных скафандров. Вакуумный скафандр представляет собой монтажный стол, рабочая поверхиость которого изолирована от окружающей среды герметичным колпаком. Под колпаком создается вакуум 0,67 Па. Все операции производятся через отверстие в колпаке, в которое вставлены специальиые резиновые перчатки.

6.2. ГЕНЕРАТОРЫ ДЛЯ НАСТРОЙКИ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Технологические генераторы. Предварительная настройка пьезоэлементов нварцевых резонаторов в рабочем состоянии производится в техиолотичеоких генераторах (ТГК), где резонаторы возбуждаются на резонансной или близкой к ней частоте.

Один из таких технологических кварцевых генераторов предназначен для возбуждения кварцевых резонаторов на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса, и измерения сопротивления потерь <Дк в процессе их настройки и электрических испытаний. Диапазон частот генератора 1-30 МГц разбит на пять поддиапазонов: 1-2, 2-4, 4-8, 8-16 и 16-30 МГц. Время предварительного прогрева генератора 30 мин. Питание от сети переменного тока частотой 50 Гц±0,5 Гц и напряжением 220 В±10%. Погрешность установки частоты по частотной шкале генератора не более ±5%.

Повторяемость частоты возбуждения при многократном возбуждении кварцевого резонатора в одном и том же генераторе в одном и том же поддиапазоне не хуже ±0,7-10. Повторяемость частоты возбуждения при возбуждении кварцевых резонаторов в одном генераторе в смежных поддиапазонах или в разных генераторах при одной и той же нагрузке не хуже ±2-10-. При этом учитываются все дестабилизирующие факторы, влияющие на генератор, и не учитываются дестабилизирующие факторы, влияющие на кварцевый резонатор, например изменение климатических условий.

Измеряемое сопротивление потерь 5-500 Ом. Добротность не менее 5-10*. Погрешность измерения сопротивления потерь кварцевых резонаторов не превышает ±15%. Напряжение высокой частоты на выходе генератора не менее 0,15 В при нагрузке 50 Ом. Генератор сохраняет свои технические характерис-гики в течение 8 ч непрерывной работы.

Генератор выполнен в виде переносного прибора и состоит из двух основных узлов: блока питания с органами управления и блока автогенератора. Схема генератора показана иа рис. 6.1, где /, , III - каскады автогенератора, ЛРУ - схема автоматической регулировки усиления, ШУ - выходной широкополосный усилитель, Д7-детектор входного напряжения четырехполюсника, Д2 - детектор выходного напряжения четырехполюсника, УПТ - параллельно-балансный усилитель постоянного тока, ИП - стрелочный измерительный прибор.

В цепь положительной обратной связи трехкаскадного автогенератора включен резистивный четырехполюсник, в гнезда Г1-Г2 которого устанавливается кварцевый резонатор. В режиме возбуждения благодаря схеме АРУ напряжение возбуждения на входе четырехполюсника - на гнезде Г1 - поддерживает-



ся ностояииым, что позволяет производить настройку кварцевых резонатороа» по максимуму напряжения иа выходе четырехполюсника - на гнезде Г2.

В качестве индикатора настройки, а также для измерения сопротивления, потерь кварцевых резонаторов служат детекторы Д2, Д1 и усилитель УПТ са стрелочным прибором. Коммутация детекторов в процессе измерения производится переключателем В2.

Автовенератр


Рис. 6.1. Структурная схема технологического кварцевого генератора на срё

ние и высокие частоты

Другой тип технологического генератора охватывает рабочий дпапазон 500 Гц -70 кГц, который разбитна пять поддиапазонов: 0,5-2 кГц; 2,01- 5 кГц; 5,01-15 кГц; 15,01-35 кГц; 35,01-70 кГц.

Схема прибора (рис. 6.2) состоит из следующих элементов: генератора, усилителя АРУ, усилителя выходного напряжения синусоидальной формы, ка-годного повторителя, формирователя выходного напряжения импульсной формы, измерителя сопротивления потерь /?„ и напряжения иа входе четырехполюсника, к которому подключается кварцевый резонатор, источника питания.

Генератор выполнен по , схеме апериодического усиления с кварцевым резонатором в цепи положительной обратной связи, кварцевый резонатор возбуждается на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса.

Изменение результатов измерения частоты возбуждения кварцевых резонаторов после 60-мииутиого прогрева приборов при повторном возбуждении в одном приборе или при возбуждении в разных приборах данного типа не пре-

вышает ±Ы0-« при условии, что температура кварцевого резонатора за время измерения изменяется ие более чем на ±0,2° С.

Параметры кварцевых резонаторов измеряются при напряжении 250 мВ на .ходе четыре.хполюсника, к которому подключается резонатор.

Формирователь

Де/тгектор АРУ

Усипшель АРУ

Истотин питания

Генератор

+1508+UDB

HanuSpadM


fi.mad

Рис. 6.2. Структурная схема технологического кварцевого генератора на низкие частоты

Эквиваленты кварцевых генераторов. Для точной настройки и испыта1ний по электрическим параметрам кварцевые резонаторы возбуждают В эквивалентах кварцевых генераторов. Следует учесть, что при включении резонатора время нарастания амплитуды .колебаний определяется по формуле

где / - время, мс; / - частота, кГц; Q-добротность резонатора.

Эквивалент генератора по своим параметрам и режиму работы должен точно соответствовать генератору, в мотором предназначены работать «варцевые резонаторы. В случае несоответствия частота кварцевого резонатора может отличаться от номинальной больше, чем это допустимо по установленной точности частоты. При этом активность пьезоэлемента может сильно снизиться, а при полном несоответствии параметров эквивалента генератора и кварцевого генератора резонатор, помешенный в кварцевый генератор, может совсем не возбудиться.

При настройке частоты резонатора в эквиваленте генератора следует точно определить условия, .при которых будет возбуждаться нужная частота. Эти условия относятся как к кварцевым Резонаторам, так и к эквиваленту генератора. Для кварцевого езонатора, настраиваемого в схеме, это будут уровень возбуждения, дпапазон рабочих температур, старение, климатические и "ехаинческпе условия работы. Для схемы генератора - стабиль-•ость. питающих напряжений, старение элементов схемы, значе-Че}1агрузочной емкости (см. § 1.12).

Эквиваленты кварцевых генераторов (ЭКГ) должны быть Комплектованы приспособлениями и нестандартной аппаратурой, -необходимой для их эксплуатации и периодической проверки.



Конструкция ЭКГ, термостата и панели для подключение кварцевого резонатора должна обеспечивать вертикальное положение резонатора, удобство подключения и смены его на всех этапах технологического процесса. Конструкция панели для подключения кварцевого резонатора должна обеспечивать надежный электрический контакт, конструкция термостата - фиксированное рабочее положение его камеры, возможность контроля температуры внутри камеры с находящимся в ней кварцевым резонатором с помощью ртутного термостата, быструю смену резонаторов.

ЭКГ должен быть изготовлен в виде настольного прибора и иметь массу не более 10 кг без учета массы съемного термостата.

Схема ЭКГ должна возбуждать кварцевые резонаторы с минимальным значением добротности для данного типа резонаторов. Соответствие этому требованию определяется путем возбуждения в ЭКГ контрольного кварцевого резонатора с последовательно включенным добавочным резистором. Сопротивление до-бавочного резистора подсчитывается по формуле

где/?к - эквивалентное динамическое сопротивление контрольного кварцевого резонатора; Qi - добротность контрольного (Кварцевого резонатора; Q2 - минимальное значение добротности кварцевого резонатора данного типа.

При включении в ЭКГ конденсатора вместо кварцевого резонатора его выходное напряжение должно быть не более 10 мВ на нагрузке 50 пФ. Значение емкости конденсатора о ЭКГ на частоты 30 МГц должно быть Co-f 1 пФ, в ЭКГ на частоты свыше 30 МГц Со + 5 пФ, где Со- статическая емкость резонатора.

Мощность, рассеиваемая на кварцевом резонаторе в схеме ЭКГ, не должна превышать значений, рекомендованных стандар- том. Отклонение частоты контрольных кварцевых резонаторов от номинального значения в ЭКГ не должно превышать 50% от предельных отклонений на этот параметр, оговоренных в стандарте. Изменение частоты автоколебаний эквивалентов генераторов » результате подключения измерительной аппаратуры и изменения питающих напряжений на ±10% не должно превышать 25% от допусков на номинальное значение. Вы.ходное напряжение ЭКГ должно быть не менее 0,25 В на нагрузке 50 пФ. Отклонение температуры внутри термостата не должно превышать 50% от номинальной температуры, оговоренной в стандарте.

Схема термостатирования должна обеспечивать: время установления заданной температуры внутри термостата не более 30 мин -при первоначальном включении и не более 10 мин при замене резонатора, автоматическое поддержание температуры внутри термостата, отсутствие влияния на частоту ЭКГ и активность-кварцевого резонатора.

В качестве эквивалентов допускается при-менение соответствующих блоков и узлов аппаратуры, в которой будут нспользо-Гаться кварцевые резонаторы. При изготовлении эквивалентов 1ли применении блоков и узлов аппаратуры в качестве эквива-leHTOB необходимо соблюдать правила техники безопасности.

Эквиваленты одного и того же кварцевого генератора, если их -гесколько, настраиваются таким образом, чтобы разница частот их колебаний при работе на одних и тех же кварцевых резонаторах не превышала 5% заданного допуска точности настройки я заданной амплитуды -колебаний. К эквивалентам прилагается следующая документация: а) принципиальная схема со спецификацией, б) краткое описание и инструкция по эксплуатации, в) -пас-порт с указанием рабочих параметров эквивалента, измеренных с контрольными резонаторам-и (отклонение от номинальной частоты, актив-ность), й сроков проверки эквивалентов.

6.3. АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Стандарт частоты. Стандарт частоты или первичный эталон частоты (НЭЧ)-один из наиболее известных приборов, конструированных на основе выеокостабильных прецизионных резонаторов. Стандарты частоты, разработанные первоначально для применения в средствах связи, в настоящее время используются в таких областях, как радиолокация, мореплавание, в ракетах и спутниках Земли и пр. Этот прибор имеет широкую область применения и в кварцевом производстве. Он дает возможность корректировать звуковые генераторы и при необходимости проверять частоты кварцевых генераторов. Выдаваемые им частоты используются для сравнения (как эталонные) в схемах измерения методом биений или для других целей, где требуются точные стабильные частоты с относительной нестабильностью 1 • 10" и лучше. Есть конструкции стандартов частоты со значительно более высокой точностью эталонных частот. Специальные стандарты частоты имеют суточную нестабильность частоты порядка 10-° и выше.

При производстве кварцевых резонаторов стандарт частоты используется для обслуживания эталонными частотами частотоизмерительных рабочих мест. Стандарт частоты дает сетку стандартных частот. Эта сетка частот в различных, конструкциях стандартов может в случае необ.ходимости перекрыть диапазон частот от 1 кГц до 25 МГц и выше. Стандартные частоты распределяются в поддиапазонах через 1, 10 и 100 кГц. Относительная нестабильность частоты исчисляется в течение 24 ч непрерывной работы после предварительного прогрева стандарта в течение 72 ч. Эта нестабильность определяется как арифметическая сумма уходов частоты стандарта, возникающих в результате изменения напряжения питающей сети, окружающей температуры, старения кварцевого резонатора, используемого в стандарте, и некоторых других факторов, влияющих на изменение частоты. Все эти дестабилизирующие факторы должны укладываться в указанную выше относительную точность частоты стандарта.

К прецизионным кварцевым резонаторам, предназначенным для стандарта частоты, предъявляются особые требования: для увеличения добротности в них используются неметаллизированные пьезоэлементы, так как металлизированная Поверхность подвержена физико-химическим изменениям, настройка и искусственное старение резонатора производятся в схеме задающего генератора стандарта частоты. Все проверочные испытания самих стандартов частоты должны проводиться в определенных климатических условиях (чаще всего при температуре -f20°C rt5°C, атмосферном давлении 10 Па ±4-10 Па и относительной влажности 65rtl5%). Проверка и корректировка отклонения частоты стан--Дарта выполняются по сигналам, передаваемым по проводам или по радио.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [ 27 ] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38]

0.0011