2. Приборы стабилизации частоты

Такие приборы используются в аппаратуре, основное назначение которой - генерирование напряжения, частота которого при изменении условий эксплуатации поддерживается близкой к постоянному значению. Они находят применение в радиолокации, телеметрии, измерительной и вычислительной технике, аппаратуре радиосвязи, электронных часах и т. п.

Приборы стабилизации частоты делятся на пьезоэлектрические резонаторы и пьезоэлектрические генераторы (см. рис. 1.4).

2.1. Пьезоэлектрические резонаторы Принцип работы. Кпассификация

Основной частью пьезоэлектрического резонатора является пьезоэлемент (ПЭ). В простейшем случае он представляет собой пластину из пьезоэлектрика определенной формы, снабженную двумя обкадками (электродами) 1 (рис. 2.1). При воздействии на обкладки ПЭ гармонического напряжения в течение первой четверти периода колебания (от нуля до максимального значения) ПЭ действует в режиме обратного пьезоэффекта (рис. "2.1, а). В течение второй четверти периода энергия отдается во внешнюю цепь и ПЭ работает в режиме прямого пьезоэффекта (рис. 2.1, б).

Гармонические колебания пластины обусловливают появление на ее обкладках электрического напряжения, которое вызывает ток во внешней цепи. Обратимрсть пьезоэлектрических эффектов позволяет представить ПЭ в виде двухполюсника, объединяющего системы электрического возбуждения механических колебаний и съема электрического напряжения. Опытным путем установлено, что зависимость проводимости ПЭ от частоты носит резонансный характер. Это означает, что при совпадении частоты внешнего электрического напряжения с частотой механических собственных колебаний пьезоэлемента возникает резонанс на частоте собственных колебаний, который слабо зависит отвнешних условий. Это качество пьезоэлемента используется для стабилизации частоты. Пьезоэлемент представляет собой механи-

а) )

Рис. 2.1. Принципы работы пьезорезонатора

Таблица 2.1

Связь формы пластины с частотным диапазоном

ческую колебательную систему с распределенными параметрами, поэтому он имеет бесконечное число собственных колебаний. Колебание с низшей (первой) частотой называют колебаниями первого порядка, все остальные колебания - колебаниями высшего порядка. В устройствах используются колебания с одной частотой, все остальные колебания нежелательны.

Высокочастотные пьезоэлементы, совершающие колебания сдвига по толщине, могут возбуждаться только на нечетных гармониках основной частоты, так как при возбуждении на четных гармониках на обеих гранях пьезоэлемента будут одинако вые потенциалы и явление, пьезоэффекта не возникает.

Форма.пластиныпьезоэлемента связана с частотным диапазоном (табл. 2.1).

О частотном диапазоне можно косвенно судить по типу корпуса (рис. 2.2). Корпуса ПЭР могут быть нескольких типов и иметь различное число выводов (табл. 2.2).

Условное обозначение кварцевого резонатора включает в себя следующие элементы:

первый элемент - буквы РК (резонатор кварцевый);

второй элемент -г- двух- или трехзначное число, обозначающее регистрационный номер типа резонатора; * третий элемент -число, обозначающее класс точности настройки (1-й \ класс- ±0,5-10" 22-й класс - ±5000-10");

четвертый элемент - буква, обозначающая интервал рабочих температур

(Л- 0...+ 45 °С,...., Е--60,..+100 °С);

пятый элемент - буква, обозначающая класс максимального относительного изменения рабочей частоты в интервале рабочих температур, Д /(А-±0,1 • 10~ Б-±1000-шестбйэлемент -число, обозначающее частоту, и буква, обозначающая единицу измерения частоты (для резонаторов, работающих на колебаниях первого порядка К, - кГц, на колебаниях высшего порядка М -.МГц); седьмой элемент - буква В, обозначающая " всеклиматическое исполнение

J резонатора.

Между 2-м и 3-м, 5-м и 6-м, 6-м и 7-м элементами ставится дефис.

Пример полного обозначения резонатора: РК16-13ЕР-5М-В - резонатор кварцевый с регистрационным номером 16, точность настройки ±10-10~ предназначен для работы в интервале температур -60...+85 "С, максимальное относительное изменение рабочей частоты ±25-10~ номинальная частота колебаний 5 МГц, имеет всеклиматическое исполнение.

В сокращенное обозначение резонатора входят 1-й, 2-й и 6-й элементы.

Основные параметры

Основными- параметрами пьезоэлектрических резонаторов являются: номинальная /н и рабочая /р частоты; точность настройки Д/; статическая емкостьСо; емкостный коэффициент г; динамическое сопротивление R, индуктивность L и емкость С; добротность Q; резонансный промежуток; мощность рассеяния.

Тип /(орпеа

Vac/77om iiu виа/7азвл 10 100 ЮООиГц 10

100 ЮООМГц

Рис. 2.2. Частотный диапазон пьезорезонатора

Численные значения параметров резонатора зависят от частоты, эазмеров пьезоэлемента, вида среза, формы электродов, конструктивного исполнения и др.

Номинальная частота /н- частота, которой задаются при изготовлении резонатора. Нижняя граница номинальной частоты (1 кГц) определяется возможностью применения пьезоэлементов больших размеров и их механической прочностью, верхняя граница определяется уровнем технологии производства, обеспечивающим возможность выполнения пьезоэлемента с малыми размерами:

/н=Л а,

где Л/ - частотный коэффициент, кГц-мм (см. табл. 2.1), зависящий от плотности материала пьезоэлектрика, угла среза и др.; а - размер-пьезоэлемента (дл? пластин а=1,1 - длина пластин; для дисков a=d, d - диаметр диска; для прямоугольника a=w, W - толщина прямоугольника)

Для получения частот выше 30 МГц используются нечетные порядки колебаний (3,5,7и9). . ,