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]

Проверяемая частота подается иа катод электроино-лучевой трубки Еслд проверяемая и эталонная частоты одна больше другой в целое число раз, то на кольцевой развертке появятся яркие неподвижные точки. Число точек опреде. ляется соотношением этих частот. Если сравниваемые частоты ие кратны, то точки будут перемещаться по кольцевой развертке. При движении точек гто часовой стрелке проверяемая частота ниже эталонной, при движении против - выше эталонной. Скорость передвижения точек указывает иа степень созпаде-ния проверяемой частоты с эталонной.

С помощью секундомера определяется время передвижения одной точки д(у следующей точки, а затем вычисляется относительная разность сравиизаемых частот /С по формуле

/С =1/(103/дров О >

где fnpoD - проверяемая частота, кГц; t - время передвижения одной точки да следующей, с.

Знак разности определяется направлением вращения точек. Для обле.-чени» наблюдения за движением точек иа экране нанесены контрольные риски.

Селектор гармоник. Преобразует эталонную частоту 1 кГц в кратные ей частоты: 9, 10, И и 50 кГц. Дискретные спектры этих частот служат для измерений частоты испытуемого кварцевого резонатора методом вторичных биеипй; Точность эталонных частот обусловливается точностью источника эталонной частоты 1 кГц. Амплитуда гармоник частот 9, 10 и 11 кГц составляет 100- 1000 мкВ. Амплитуда напряжения эталонной частоты 1 кГц, подавае.мсго иа вход селектора гармоник, должна лежать в пределах 3-20 В.

В основе работы селектора гармошш лежит принцип умножения эталэнио& частоты 1 кГц с выделением высших ее гармоник посредством кварцевых фильтров, обеспечивающих хорошую фильтрацию выделяемых частот при достат:ЧНо» ослаблении умножаемой частоты. Выделенное напряжение эталонной частоты 9, 10, 11 и 50 кГц искажается затем с целью придания ему формы, обеспечивающей широкий спектр гармонических составляющих на выходе прибор .i.

Ко входу установленного иа рабочее место селектора гармоник подвгдитс» источник эталонной частоты 1 кГц. Выход селектора гар.моиик - выхо! эталонной частоты - соединяется с клеммой «антенна приемника». Внешние соединения выполняются высокочастотным кабелем.

Методы измерения частоты кварцевых резонаторов. Измерени» частоты кварцевых резонаторов производят с помощью элекгрон-но-счетного частотомера. Используется также метод вторичных нулевых биений при сравнении частоты кварцевого резонатора с эталонными частотами, полученными от стандарта частоты или другого источника эталонной частоты.

На рис. 6.3 приведена схема соединения аппаратуры для измерения частоты с помощью электроннонсчетного частотомера. Квар-

Эндива-лвнт {генератора

Рис. 6.3. Структурная схе.ма соединошя аппаратуры для измерения частоты с помощью электронно-счетного частотомера:

ЭЧ ~ электро нно-счетиый частотомер, ПЭЧ - первичный эталон частоты

цевый резонатор включен в схему эквивалента генератора. Частота отсчитывается непосредственно но частотомеру.

На рис. 6.4 приведена схема соединения аппаратуры для измерения частоты кварцевых резонаторов методом нулевых биений на частоты до 25 МГц. На схеме показан звуковой генератор на 170

частоту до 5 кГц, П1 - переключатель частот селектора гармоник СГ, П2-переключатель коррекции звукового генератора, /75*/ -первичный эталон частоты. Точность эталонной частоты дчджна быть не хуже 0,5- ГО.


fuc. 6.4. Структурная схема соединения аппаратуры для измерения частоты

до 25 МГц

Испытуемый резонатор подключается к эквиваленту генератора. Эталонная частота /э, полученная от селектора гармоник (равная 9, 10, 11, 13 или 50 кГц в зависимОсти от измеряемой частоты), и номер гармоники эталонной частоты п выбираются так, чтобы модуль разности /к находился в диапазоне частот

звукового генератора, например:

300 Гц < 1л/з-f„ < 5 кГц,

где /к - измеряемая частота кварцевого резонатора.

На вход приемника подаются измеряемая частота и эталонная частота от селектора гармоник. На выход приемника поступает разностная частота. При равенстве разностной частоты частоте звукового генератора на осциллографе должна наблюдаться неподвижная фигура Лиссажу в виде эллипса. Перед измерением звуковой генератор корректируется по эталонной частоте селектора гармоник. Измерение сводится к остановке изображения фигуры Лиссажу (эллипса) на экране осциллографа ручкой установки частоты звукового генератора. Поочередным выключением кварцевого генератора и селектора гармоник убеждаются в правильности настройки приемника на частоту резонатора. Если при выключении одного из них будет пропадать фигура Лиссажу, приемник настроен правильно.

Частота кварцевого резонатора

f к ~ f э /з.г - /п /З.Г

где /з.г - разностная частота по шкале звукового генератора, соответствующая появлению фигуры Лиссажу на экране осциллографа; fn - частота настройки приемника.

Знак разностной частоты звукового генератора /з.г определяется прикосновением руки к кварцевому резонатору, т. е. добавлением емкости. Если частота звукового генератора при этом умень-



шается, то уход частоты резонатора считается положительным (в,-плюс),если увеличивается - отрицательным (в минус).

Знак частоты звукового генератора можно определить двойным измерением, используя при этом две различные частоты селектора гармоник, например 9 и 11 кГц. Поскольку в обоих случаях измеряется одна частота, то справедливо следующее равенство:

/к = fl /э1 fs.rl = "2 /э2 /3.1-2 >

пде «1/э1 - «1-я гармоника частоты /э1 селектора; /з.п - частота звукового генератора, полученная при первом измерении; щ1ъ2 - П2-Я гармоника ч-астоты /э2 селектора; /з,г2 - частота звукового генератора, полученная при втором (измерении.

Так как равенство возможно только пр-и определенных знаках в левой и правой частях, то вопрос выбора знака частоты звукового генератора будет решен. Практически равенство из-за неиз-бежны.х- ошибок при измерении удовлетворяется неабсолютно.

Для измерения методом биений частоты кварцевых резонаторов, работающих на высоких частотах (25 МГц и выше), применяется схема, показанная на рис. 6.5. От эталонного генератора

3 талан-

твль

еенедатар

частоты

Смеситель


Рис. 6.5. Структурная схема для измерения высоких частот

сигнал поступает на умножитель частоты, на выходе которого получается спектр частот. Из этого спектра всегда можно выбрать такую частоту, котор-ая биением с измеряемой частотой кварцевого резонатора, включенного в эквивалент кварцевого генератора, давала бы на выходе смесителя более низкую частоту, чем частота пьезоэлемента. Такое предварительиое снижение измеряемой частоты облегчает последующие измерения и более удобно, чем прямое прослушивание высокой частоты на приемнике.

Последующая схема сравнения частоты повторяет схему, по- казанную на рис. 6.4.

Погрешность метода измерения частоты. Расчет погрешности измерения частоты по методу вторичных нулевых биений. Относи-тельная погрешность измерения этим методом обусловлена погрешностью звукового генератора и относительной погрешность» эталонной частоты и рассчитывается по формуле

= ±

«/к

где А/э » - относительная нестабильность эталонной частоты; /к - измеряемая частота, Гц; п - номер гармоники измеряемой частоты; А/з.г - погрешность звукового генератора, Гц.

Пример. Дано. п=10; Af3.r = ±0,5 Гц; /к = 100 кГц; AfJf3=1-10-

Получаем Д /= ±0,6-10-

Расчет погрешности измерения частоты на электронно-счетном частотомере. Погрешность измерения частоты в процентах определяется следующими завис11Мостями:

а) основная относительная погрешность

у,<±(Уо+1 .Л 100. где Уо - основная относительная погрешность измерения частоты внутреннего кварцевого генератора или внешнего источника опорной частоты; fx - измеряемая частота, Гц; Т - время измерения, с;

б) дополнительная относительная погрешность измерения частоты синусоидальных сигналов в зависимости от температуры окружающей среды

Уч доп = Yo доп • 100,

где уодоп - дополнительная относительная погрешность измерения частоты внутреннего кварцевого генератора илн внешнего источника опорной частоты.

Основная относительная погрешность измерения частоты внутреннего кварцевого генератора после двух часов прогрева не превышает следующих значений:

а) ± (1 -г- 5) • 10- в течение 15 сут. без корректировки;

б) ± (2-10- -н210-*) в течение б мес. без корректировки.

Относительное значение средней временной нестабильности частоты кварцевого генератора после двухчасового прогрева не превышает:

а) ±(2-10-»ч-5-10->течение 1 ч;

б) ±(5-10-9-ь2-10-) в течение 24 ч.

Дополнительная относительная погрешность измерения частоты внутреннего кварцевого генератора связана с воздействием окружающей температуры (средний ТКЧ) и в диапазоне рабочих температур не превышает ± (1-5) • 10"° С-.

Время самопрогрева прибора до достижения заданной точности измерения определяется погрешностью внутреннего генератора. Относительная погрешность внутреннего кварцевого генератора не превышает: ±(2ч-5)-10 через 30 мни прогрева, ±5-10- через 1 ч прогрева и значений, указанных выше, через 2 ч прогрева. Прибор измеряет на входе период или средний из 10, 102, jg3 104 периодов электрических колебаний в диапазоне от 10 мкс до 100 с (частоты 100 кГц, 0,01 Гц соответственно).




Чувствительность при измерении периода синусоидального ciwi нала не хуже 0,3 В, при измерении периода импульсного сигйа-!! ла не хуже 0,5 В при длительности импульса 0,1 мкс.

Погрешность измерения периода в процентах определяется следующими зависимостями:

а) основная относительная погрешность при синусоидальном сигнале j им

-U / , 0.003 УГосн< ±( Уо-\--

100,

где 7о - основная относительная погрешность измерения частоты внутреннего кварцевого генератора или внешнего источника опорной частоты; - измеряемый период, с; Го - период следования меток времени, с; п - коэффициент умножения периода, равный

1, 10, 102, 103 104;

б) дополнительная относительная погрешность при измерении окружающей температуры

7гдоп=Тодоп-100,

где уодоп-дополнительная погрешность внутреннего кварцевого генератора.

Максимально допустимое входное напряжение для синусоидальных сигналов 100 В.

Время готовности прибора не должно превышать 30 мин при работе от внутреннего кварцевого генератора и 5 мин при работе от внешнего источника опорной частоты.

Погрешность этих методов лежит в пределах от ±5-10- до ± 1 • 10~ в зависимости от диапазона измеряемых частот.

6.4. МОНТАЖ И НАСТРОЙКА ЧАСТОТЫ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ С ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТАМИ РАЗНЫХ СРЕЗОВ

Настройка частоты высокочастотных кварцевых резонаторов с круглыми пьезоэлементами срезов ух1/ + 35° и yxl/-49° в герметичных металлических малогабаритных кварцедержателях или стеклянных вакуумных кварцедержателях. Пьезоэлемент устанавливают в кварцедержатель, обеспечивая контакт пятен вожжен-иого серебра со стойкой кварцедержателя. Некоторые пьезоэлементы подлежат предварительному подогреву перед припайкой при температуре 80°С±10°С в течение 20-30 мин.

Предварительно подготавливается для работы припой, для чего диски припоя вырубают на специальном приспособлении. Для пьезоэлементов круглой формы диаметром 5-15 мм крепление к стойке производится дисками диаметром 0,5-1,0 мм. Квар-цедержатели должны быть отожжены и облужены методом окунания в местах контакта с пьезоэлементами. Для нанесения флюса принимается металлическая палочка диаметром 0,3-0,8 мм, длиной 15-30 мм. Перед установкой пьезоэлемента в кварцедержа-174

тель агатовым камнем (агатовой палочкой) счищают окись серебра с обеих вожженных точек до металлического блеска. Пьезоэлемент устанавливают между выводами кварцедерлотеля, обеспечивая контакт пятна волженного серебра со стойкой кварцедержателя, п припаивают воздушным или электрическим паяльником. Предварительно место пргшайки смазывают флюсом. Диски припоя кладут на место припайки. Место припайки промывают кисточкой в струе горячей проточной дистиллированной воды, затем промывают спиртом и просушивают под феном.

Настройка частоты нетермостатированных и термостатированных резонаторов методом гальванического серебрения и золочения. Резонатор в кварцедержателе помещают в генераторе. Тер-остатированный резонатор накрывают термостатом и выдержи-ают под ним при температуре настройки до установления час-юты. Частоту проверяют по показаниям частотомера. Затем термостат снимают и резонатор выдерживают при окружающей температуре до установления частоты. Учитывается разность частот, измеренных при температуре настройки и температуре окружающей среды. Для нетермостатированных резонаторов настройка производится после измерения их частоты.

Настройка частоты производится с помощью следующих технологических приемов. Если частота пьезоэлемента превышает номинальную частоту, то следует досеребрить пьезоэлемент. Для этого пьезоэлемент в держателе, зажатый за выводы пинцетом, к-ромывают в струе проточной горячей дистиллированной воды, опускают в ванну с электролитом и методом электролиза дополнительно серебрят в зависимости от отклонения по, частоте. Допуск по частоте оговаривается соответствующими техническими условиями. По индикатору (миллиамперметру) питающего устройства устанавливается сила тока.

Плотность тока на поверхности пьезоэлемента не должна превышать 1-3 мА/см2. (Изменение частоты при этом способе настройки не должно быть больше -5-10-з номинального значения).

После промывки в стаканах-сборниках с дистиллированной водой для улавливания электролита пьезоэлементы промывают в горячей дистиллированной воде и спирте.

Если частота пьезоэлемента ниже номинальной, то с него следует снять часть серебра, повышая этим частоту. Для этого пьезоэлемент опускают в электролит, через который пропускается обратный ток. (В зтом случае изменение частоты не должно превышать -fl-lQ-.). Если требуемое уменьшение толщины покрытия невелико, то можно ограничиться погружением пьезоэлемента в электролит без пропускания через него тока либо сошлифо-вать металлическое покрытие пьезоэлемента микропорошком М5 равномерно с двух сторон с помощью ватного тампона или кисточкой из Стеклянной ваты с последующей промывкой в горячей Дистиллированной воде, а затем в спирте. В этом случае можно изменить частоту на -1-20-10" номинального значения.



[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]

0.0008