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]

хе на электроды пьезоэлементов дополнительно наносится методом распыления л вакууме слой металла, что вызывает понижение частоты пьезоэлемента нужного значения. При этом исключается загрязнение пьезоэлементов, которого трудно избежать при других методах настройки. Преимущество метода заклк). чается также в том, что в процессе настройки изменение частоты кварцевого

пьезоэлемента контролируется частоте-


измерительной аппаратурой.

Описываемая ниже вакуумная уста, новка сконструирована для металлизации круглых пьезоэлементов. Ее принцип действия такой Hie, как н установки для металлизации, рассмотренной з § 5.1. Камера испарителя представляет собой колпак, установленный на металлическом основании (рис. 6.8). Колпак и основание камеры имеют вакуум-плотное соединение. Внутри камеры ис. парителя помещаются: резонатор, частоту которого следует настроить, испаритель, представляющий собой тантало-вую ленту с металлом, который будет испаряться, защитный чехол, окружающий испаритель, с круглым отверстием, обращенным к одной из плоскостей

г;; .........„......электрода кварцевого пьезоэлемента,

заслонка с магнитным приводом, пра ....... - ••............. помощи которой можно в любой момент открыть или закрыть отверстие Рис. 6.8. Камера испарителя вакуум- « защитном чехле. Питание испарителя ной установки производится через автотрансформатор, при помощи которого регулируется напряжение накала испарителя. Напряжение на автотрансформатор подается от сети переменного тока. Питание Соленоида, приводящего в действие заслонку, производится от селенового выпрямителя.

Во время работы на установке необходимо соблюдать определенную последовательность операций. Смонтированный в кварцедержателе пьезоэлемент, предварительно настроенный на частоту выше номинальной, устанавливается в камере испарителя в гнездах. При этом по.лоление резонатора должно быть таким, чтобы середина электрода резонатора приходилась против середины отверстия в защитном чехле. На основании камеры испарителя надевается стеклянный колпак, который прижимается к основанию, образуя с ним благодаря резиновой прокладке вакуум-плотное соединение. В камере испарителя созда-•ется разреиение (6,65-1,33)10-2 Па. Помещенный в камеру испарителя резонатор возбуждают, включая его в схему генератора. Нажи.чая пусковую кнопку заслонки, открывают отверстие в защитном чехле. С нажатием пусковой кнопки испарителя происходит испарение металла, при этом контролируют частоту на выходе рабочего генератора.

Испарение металла, т. е. понижение частоты пьезоэлемента резонатора, происходит до тех пор, пока частота резонатора не будет отличаться от номинальной на -f (300-f-500) Гц. Дальнейшее понижение частоты производят следующим образом; не открывая отверстия защитного чехла, накаливают испари- ; тель, нажимая на его пусковую кнопку, затем отпускают пусковую кнопку испарителя и в тот же момент нажимают кратковременно на пусковую кнопку заслонкн, пропуская к резонатору лишь малую дозу металла. Это вызывает незначительное изменение частоты резонатора - примерно на Ы0~ номинального значения.

Другая вакуумная полуавтоматическая установка также предназначена для окончательной настройки кварцевых резонаторов методом дополнительной металлизации электродов резонаторов в вакууме. Ее основные технические данные, предельный вакуум 1,33-10"" ГТа, время достижения рабочего вакуума б,65Х 182

10 3 Па при предварительно разогретом диффузионном насосе 5 мнн диапа-п частот настраиваемых резонаторов 0,8-100 МГц, точность настройки пезо-iTopoB ± (2--5) 10" мощность испарителя 400 Вт, мощность, потребляема» тановкой. 1,5 кВт, габаритные размеры установки 1110X830X1700 мм."

В настоящее время сконструированы вакуумные установки, которые дают )зможность настраивать прецизионные термостатированные резонаторы с еще- )лее высокой точностью и непрерывным контролем получаемой частоты. В та-IX установках благодаря высокой степени автоматизации ручная работа сво-ится к загрузке и выгрузке настраиваемых резонаторов.

Настройку частоты высокочастотны.х кварцевых резонаторов ожно производить методом создания высокочастотного разряда стеклянном баллоне вакуумного резонатора. Для этого индук-ор, подключенный к специальному прибору, устанавливается на-аллон настраиваемого резонатора. Длительность импульса при, оводке частоты до значения (1-3)-10- номинальной частоты озонатора равна 30 мс.

Настройка частоты с помощью излучения лазера. Настройка! астоты кварцевого резонатора производится на лазерной техно-огической установке. Допустимое изменение частоты с помо-ью лазерного излучения не более З-Ю-. Кварцевый резонатор, станавливается в приспособлении таким образом, чтобы при обучении пьезоэлемент находился в строго горизонтальном поло-хении. Частота резонатора измеряется по показанию частоте-lepa.

Настроенные резонаторы подвергаются термотренировке с

1ежимом:

- 60° С в течение 1 ч 1 е

5 циклов;

-f80°C » 1ч/

+ 120° С » 12 ч Настройку частоты пьезоэлементов Можно осуществить также? облучением рентгеновскими лучами. При облучении кристалла кварца рентгеновскими лучами модуль упругости срезов ух1/+35° у. yxll-49° понижается. Этот эффект обусловлен вырыванием электронов из ионов кремния в кварце, что вызывает уменьшение энергии связи между молекулами, а следовательно, и некоторое уменьшение модуля упругости. Это приводит к измененик> частоты колебаний пьезоэлемента до 1-10~"3. Такой эффект значительно меняется от кристалла к кристаллу в зависимости от содержания в нпх примесей. Облучение кристалла рентгеновскими лучамп вызывает его потемнение, причем степень потемнения-Связана со степенью изменения частоты. Ввиду изменчивости этого эффекта данный способ не получил широкого распространения.

6.6. ТИПЫ КВАРЦЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Кварцевые генераторы на электроино-вакуумных лампах. Кварцевые генераторы, в которы.\- производится окончательная настройка кварцевых резонаторов, делятся на две группы: генераторы, работающие на частоте параллельного резонанса, и генераторы, работающие на частоте последовательного резонанса [14].



в схеме генератора, работающего на частоте параллельного резонанса, квар. цевый резонатор включается параллельно нагрузочной емкости. Схемы этого ти-па представлены на рис. 6.9. На рис. 6.9,а б, в показаны схемы кварцевых генераторов для частот до 25 МГц. В схеме кварцевого генератора на рис. 6.9,6 контур в цепи анода может быть настроен на основную частоту резонатора или ее гармонику. На рис. 6.9,г изображена схема кварцевого генератора для частот выше 25 А1Гц. При использовании этой схемы следует учитывать, что если анодный контур настроен, например, на третью гармонику рабочей частоты, то кварцевый резонатор будет работать на третьей гармонике механических колебаний И его параметры будут отличаться от расчетных для работы на первой гармо-,лике.

3-Г-0 +

-о- =>

Т ] Т

-ю -


PttC. 6.9. Генераторы, работающие на частоте параллельного резонанса

На рис. 6.10 представлены схемы кварцевых генераторов, работающих н; частоте последовательного резонанса: а - для низкочастотного диапазона 0,4-100 кГц; б, S -для диапазона 10 кГц - 1 МГц и г, д, е, ж -для частоты выш. •15 МГц. В схеме кварцевого генератора на рнс. 6.10, а используются резонато--ры с трех- или четырехполюсными пьезоэлементами для частот до 50 кГц. В этой схе.ме амплитуду колебаний следует ограничить, чтобы предохранить пьезоэлемент от повреждения.

В схемах генераторов, работающих на частоте как параллельного, так и последовательного резонанса, кварцевый резонатор может возбуждаться на частоте несколько более высокой илн более низкой по сравнению с частотой парал-.лельного или последовательного резонанса. Но выгоднее возбуждать кварцевый резонатор в узком интервале между частотами последова.тельного и параллельного резонанса, где его реактивное сопротивление носит индуктивный характер <см. § 1. 10).

Кварцевые генераторы иа полупроводниковых приборах. Кварцевые гене-•раторы на электронно-вакуумных лампах в настоящее время мало применя-!Ются в связи со значительными преимуществами транзисторов в их схемах.

Применение полупроводниковых приборов в схемах кварцевых генераторов позволило значительно повысить стабильность частоты кварцевых резонаторов вследствие малых токов и напряжений, действующих в полупроводниковом элементе генератора. Наличие малых напряжений, действующих на кварцевый резонатор, стабилизирует процесс старения резонаторов. Кварцевый генератор на полупроводниковых приборах может быть небольшой массы, и в этом случае можно легко термостатировать генератор в целом.

Большинство схем кварцевых генераторов на транзисторах аналогично ламповым.

нагрузка в цени коллектора /,Х,тивле емкость.»-

наррузки можно использовать активное сопро1инлспис, t-



Рис. 6.10. Генераторы, работающие на частоте последовательного резонанса.

В схемах с избирательной обратной связью кварцевый резонатор включен последовательно в цепь обратной связи генератора. На частоте последовательного резонанса /] сопротивление резонатора минимально и обратная связь увеличивается до значения, достаточного для самовозбуждения. Прн отходе от частоты Последовательного резонанса fi сопротивление резонатора резко возрастает.

Недостатком этих схем является возможность появления паразитной генерации на высоких, отличных от fi, частотах, на которых могут быть созданы условия самовозбуждения, а резонатор будет представлять собой только емкость. .

На рнс. 6.11,6 показана схема генератора с трансформаторной обратной связью, в которой резонатор включен последовательно с катушкой связи в цепи база-эмиттер. Колебательный контур LC включен в цепь коллектора. Потенциометры т, R2 обеспечивают подачу на базу небольшого отрицательного напряжения смещения, определяющего выбор начальной рабочей точки.



Мостиковые схемы кварцевых генераторов широко используются при рабо ? Н п„ "fi п"°"°" "™ резонатора, так и на его механически! гармониках "стопы b/jfc""""""""/"-" индуктивно-емкостным mocZ pt жТгеч fr/ Pft.n.?f "" стабилизации режима. Здесь емкость кварцедеп,-

=.©зо:аГгГ:т/:7™°- btopo/Si


Рис. б. . Схемы кварцевых генераторов на полупроводниковых триодах

Схемы кварцевых генераторов на туннельных диодах. Кварцевые генераторы на туннельных диодах могут работать с небольшими амплитудами напряжений на кварцевых резонаторах. Для согласования низкого вы.кодного сопротивления диода с сопротивлением резонатора могут использоваться П-образные <5)ильтры, согласующие этн сопротивления. Непосредственное включение резонатора, очевидно, невозможно из-за сильного шунтирующего влияния диода. На рис. 6.11,г показана схема кварцевого генератора на туннельном диоде с П-об-разным фильтром, образованным конденсаторами С/ и С2 и катушко!! индуктивности L. В этой схеме напряжение питания на диод подается через потен-циометр pi, R2 для обеспечения положения начальной рабочей точки на падающем участке статической характеристики диода. Сопротивление нагрузки Rk подключается через разделительный конденсатор Ср. Генераторы на туннельных диодах позволяют получить относительную нестабильность частоты порядка 10-8-5-10-8.

€.7. СБОРКА, ГЕРМЕТИЗАЦИЯ И ЗАВАРКА КВАРЦЕДЕРЖАТЕЛЕЙ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Сборка кварцедержателей. Кварцедержатель состоит из основания, механически и электрически соединенного с каркасом, в котором устанавливается пьезоэлемент для предохранения его от соприкосновения со стенками баллона или кожуха. Некоторые . типы каркасов имеют пружинные зажимы для закрепления пьезоэлементов, у которых нет отводов. Пружины устанавливаются также для амортизации каркасов вибропрочных конструкций кварцедержателей.

Основании состоят из выводов, запрессованных в стеклянный, щтабик или в .металлическую плату- со стеклянными изоляторами. На них устанавливаются каркас с пьезоэлементом и стеклянный баллон нли металлический кожух. Основания бывают гребеш-ковые - это стеклянные основания, выводы в которых расположены в одну линию, плоские - стеклянные основания, выводы, g которых расположены по окружности, комбинированные-ме-. таллические основания с запрессованными стеклянными изоляторами выводов.

Для того чтобы пьезоэлемент свободно колебался и в тяжелом ежнме вибраций и ударов кварцевый резонатор не менял своих араметров, кварцедержатель, удерживающий пьезоэлемент и обеспечивающий контакт с электродами, должен обладать достаточной жесткостью. Кварцедержатели «ьшолняются в стеклянны „...-----„„оотг-о nnnvY И R гепметичных ме-

ивается воздух, и в герметичных

Б и М с

для выводов используется

баллонах, из которых откач! таллическпх корпусах.

При сборке металлических кварцедержателей типов высокочастотными пьезоэлементами спай стекла с металлом.

аи стекла и мс1<цллит.

Кварцедержатели резонаторов типов Б и М состоят из основания, на котором монтируется пьезоэлемент, и кожуха. Матерп-а. основания - ковар. Этот сплав имеет температурный коэффициент расширения, близкий к температурному коэффициенту расширения специального стекла, которое запекается в основание резонатора для изоляции наружных выводов.

В основание кварцедержателя запрессовываются контактные стержни, н к ним припаиваются контактные пружины. Для этого основание устанавливается в пресс-форму. В его отверстия вставляются два стержня. При ломощи приспособления в отверстия во-круг стержней засыпается мелко растертое свинцовое стекло, иг" -ющее одинаковый температурный коэффициент расширения с 1вания и стержней - коваром, который состоит

име-ма-из

терпалом основания и стержней - гоарч.™, ....i.... --------

.....1Q0/. кобальта. На пресс-форму уста-

железа, 29% никеля, U

1КеЛЯ, 157о кииалыа. ча vtpu.j .---

кавливается пуансон, и ручным гидравлическим прессом произ-::одится запрессовка стержней в основание. Давление при запрессовке должно быть 4 МГГа.

После запрессовки основания вынимаются из пресс-формы и ; .танавлнваются на подставк} нз гр.афита для спекания стекло-оэрошка в муфельной печи. Спекание происходит при температу-• .? 950-1000° С в течение 8-10 мин. Затем основания вынимают- из муфельной печи и остывают до комнатной температуры. Ос-

-----г-т-аг-лгиа-ули зачищаются проволочной

я под выт: " никелируются,

-звания с запрессованными стержнями о.-...-......г-

: еткой Запрессовка стекла про..зводится иод вытяжкой. Основа-

- ----.-------. „.,„от,„,ллг1г.тга концы СТерЖ-

ЛИЯ с запрессованными стержнями никелируются, кс :ей,-на которые припаиваются контактные пружины отся

Сборка стеклянных пальчиковых держателей состоит из алки каокаса на штырьки оснований и его сварки на специалр-йьГсварочных станках, а также укрепления верхней пружины

залужива-



[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