Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 38
Текст из файла (страница 38)
11.1, а). Некоторые свойства кристалла зависят от направлений относительно главных кристаллографических осей: оптической гг (рис. ! 1.1, а), трех электрических хх и трех механических уу (рис. 11.1, б). Резонаторы в виде прямоугольных или круглых плоскопараллельных пластин или чечевиц вырезают из кристалла кварца, ориентируя их оси симметрии определенным образом по отношению к осям кристалла. Это существенно влияет на характеристики резонаторов, в первую очередь на температурный коэффициент частоты (ТКЧ).
Соотношения между направлениями осей называют видом среза или просто срезом (рис. ! 1.2), Устройство простейшего резонатора подобно плоскому конденсатору. Он состоит нз пластины кварца, в две противоположные грани которой вжигают слои серебра, играющие роль электродов конденсатора. Пластину, укрепленную в иварцедержателе, помещают в баллон а выводами для включения резонатора в электрическую цепь. Приложенное к электродам напряжение вызывает деформацию пластины, пропорциональную напряженности электрического поля. В свою очередь, иаменення размеров пластины (например, прн сжатии или растяжении) вызывают появление зарядов на электродах, В этом проявляетея действие обратного и прямо~о пьезоэлектрического эффекта.
Если подвести к резинзтору переменное напряжение (рис. ! !.3), изменение зарядов на электродах создает ток в цепи (пьезоток) в дополнение к току, проходящему через резонатор, как через обычную емкость. Рне. !)Л. Упрощенная форма природного кристалла кварца (а) и сечение призмы (б) 1ЬЬ Рис. ! !чп Срезы кварцев: и — х срез; 6- хасае срез «1 "уш Р«+ Т«г ('гл) «Пьезоток» реако возрастает при совпадении частоты приложенного напряжения о каждой на многия собственных частот упругих механнческнх колебаний пластины кварца Возможны колебания сжатая-растяжения, сдвига, изгиба н т. д. В кварце, кан в системе а распределеннымн параметрами, колебания возбуждаются на основной частоте н на прнблнэнтельно кратных ей частотах механических гармоник. Частоты колебаний зависят от вида де- Рис.
11.3. Схема возбужформацнн н размеров пластины. Так, для колебаннй денна кварца гармоничесдвнга по толщине основная частота скпм напряженнем уеэ = йг!«! (11. 1) где Ы вЂ” толщина пластины, мм; ЕГ = 1,7...3,3, МГц мм — частотный коэффициент, зависящий от среза. Повышение частоты требует изготовления тонких пластин, что связано а техвологическями трункостнми.
Для сернйяых резонаторовобычно выполняют пластины не тон ьшв0,3...0,3 мм на частоту основный колебаний нв выше 15...30 МГц. Стабнлнэацня болев высоких частот воэможнз на механическая гармоникая кварца. Добротность серийных резонаторов на основной частоте составляет несколько десятков тысяч, а у специальных (црецизионных) она доходит до мнллнонов. На 3-й и 5-й гармониках, как цравило, добротность такая же нли немного выше, а начинал с 7-й гармоники, несколько снижается. ТКЧ для разных срезов сильно зависит от температуры среды г", н в диапазоне — 60 ...+100' С может принимать значения от 4- (100 ...200) ° 10 а 1/' С до нуля.
Для некоторых срезов зависимость ТКЧ от г"; имеет вид параболы, вершина которой (экстремум) совпадает 0 нУлевым значением ТКЧ пРн опРеДеленной темпеРатУРе Гене В окРестностн Г;аюэ поРЯдка нескольких гРадУсов ТКЧ окгаетсЯ близким к нулю. Если темцерэтура среды меняется в широких пределах, а требования к етабнльностн частоты высокие, резонатор помещают в термостат, температура в котороч автоматически поддергкивается несколько вышч наибольшей температуры среды е точностью до 1О-э...!О-э 'С. Для кварцевых резонаторов характерен эффект старения, т.
е. необратимого изменення частоты в течение нескольких первых месяцев работы. Увелнченне мощности Рк„рассеиваемой кварцем, ускоряет старение, что используется для тренировки резонаторов в процессе производства. Однако при эксплуатации мощность Раз не должна превышать допустимую мощность Ра, 11.1. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА КВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА Поведение резонатора в электрической цели описывается эквивалентной схемой (рнс.
11.4, а). Она состоит из параллельно соединенных статической емкости кварца Са н бесконечного ряда последовательных контуров Ь„,„, С„,„, г„„(п = 1, 3, 5, ...), которые моделируют изменения пьезотока кварца от частоты вблизи его резонансных частот' " Схема справедлнва для резонаторов на частоты до 200...300 МГц. На более высоких частотах необходмые учитывать кндуктнвнэсти выводов электродов. ,,т анВВ ннй Снй! Внн Х.В гнм тнВ й) Ю Рцс. 11Л. Эквввалектнан схема кварцевого ревоввтора; а — воллан;  — ддн одной на ренонанснмн онотат; в-воследователанан Схама аамантннва кварца Емкость С ж 3 ...1О пФ складывается из емкостей конденсатора с кварцевым диэлектриком, кварцедержателя и вь(водов. Индуктивности Ь„,„и емкости С„,„(рис.
11.4, а) характеризуют соответственно инерционные и упругие свойства пластины кварца, а гн,„— потери энергии в ней. Значения Ь„„„, С„,„, г„,„резко отличаются от /., С, г обычных электрических контуров, выполненных на ту же частоту. Обычно /.„, на несколько порядков больше Ь, а Са, „— на несколько порядков меньше С. В результате характеристическое сопротивление контуров рн,„= (/.ннв/Савв)11в = 10й ...10' Ом. Сопротивление потерын,„в зависимости от вида колебаний и частоты имеет значения от единиц до нескольких тысяч ом, добротности контуров высокие 9„= р„,„/г„,„= 10' ...10'.
При таких добротностях для небольших отклонений частоты от каждой из собственных частот контура справедлива упрощенная схема (рис. 11.4, б). Параметры контура /.„,„, Сн,„, гв,„или динамической ветви определяют на частоте выбранной механической гармоники. Следует отметить, что для всех видов колебаний емкость контура Сн, значительно меньше статической емкости С, так что С„,/С, = = 10 ' ...10 '. На любой гармонике колебательный контур (рис. 11А) имеет две собственные частоты. Первая втнн соответствует частоте последовательного резонанса динамической ветви ывв =1/Ф/.вв Снв (11,2) а вторая вт » ганн — частоте параллельного резонанса всего кон- тура Сн +С о о/ Поскольку С„,/С, (< 1, интервал (вт — «тнв)/ганн порядка 10-' ...
10 '. Кварц эквивалентен контуру с очень малым коэффициентом включения р ж С„,/Со — 1О ', поэтому изменения параметров внешней схемы слабо влияют на стабильность частот цтнн и т»,. Рассчитаем комплексное сопротивление кварка. Из риа. 11.4, б еледует 1 ! ! )ыСо+ = )ыСо+ Хнв ! гнв (!+!») гав+!ыьнвт ~ 1 (11,4) где — обобщенная расстройка текущей частоты ы относительно ввв. Как будет показано далее, частота колебаний автогенератора ы, обычно находется между ывв н ы . В этом интервале можно считать ыСо вв ынв С . Тогда формула (! 1А) уйрощается: тнв гно (! + 1»)/(! то» + ! то)* где т, = ы„вСогво.
Приведем еще две формы еапивн выражения (11.6). В'первой представим Хнв = )!но+)Хнв т. е. вхемой аамещеииа на Рис. 11А,е, Дла котоРой ))во=гав/П! — то»)'+чо)! Хвв=/!во 1»П — е'о) го) (! 1,6) а в другой выразим авв в показательной форме авв = ! двв!ехр! 1!твв), где (11.6) ! Х«о ! =)1нв У!+ 1» (! — чо») — то)', 'рвв агс!а 1» (1 — 'го») — то). (11,7) Обычно параметр т, ~ 1, поэтому для иеболыпих расстроен» относительно частоты оз„в можно в знаменателе (11.5) пренебречь членами то» и )т, и тогда двв ~~ гнв (1 + )»)! )о ив ~~ гнв! Хнв»гвв (11,3) В окрестности частоты ы, где кварц ведет себя как параллельный контур, ~вв )таво) (1 + 1 (»»и))! (11.0) Хнв = — (» — »,))с„„ где»„= 1/т, — обобщенная расстройка частоты гоп относительно гово; )снов = г„,/те = гнв/ (гоно С,)' — резонансное сопротивление кварца.
Зависимости сопротивлений ) г.н,), )с„в, Х„в от ракстройки» для конкретного кварца с параметрами /в, = 5 МГц, С, = 10 пФ, С„= 0,032 пФ, гнв 50 Ом, 9но = 20 ° 10з (пРи этих данных те = 0,0!57, » = 63,7) построены на рис. 11.5. Очевидно, внутри интервала расстроек О» (», реактивное со. противление кварца — индуктивное, а за его пределами — емкостное, Это свойство используется при построении некоторых схем АГ, которые возбуждаются только при сопротивлении кварца индуктивного характера. )(„г Гм /ааа /ОО (а 7 О го га ОО Оа О 7 По Пл 7)) П7л Рис.
! ! 5 '!'очные ( — — — ! и ирнблнженныс ( — ) частотные характеристики сопротивлений кварцевого резонатора вблизи ча. сгот последовательного (а) и па. раллельного (б) резонанса Ряс. 1! 6. Записнмость реактивного сопротивления кварца от частоты (и) и его фазочастотнзя характеристика (б) По зависимостям Х„„/гнн от н (рис. 11.6, и) легко установить область применения приближенных формул. Фазочастотная характеристика резонатора (рпс. ! 1.6, б) имеет участки с большой крутизной вблизи частот пзнв и озп, где ц77рн,/плч равны соответственно +! и — !. В этих точках абсолютная крутизна гйрн,/с(цг = -ь2(;)„,/пз„„ т.
е. пропорциональна добротности кварца. Перечисленные свойства кварцевых резонаторов позволяют создавать различные схемы АГ, в большинстве случаев удовлетворяющие сов)ременным требованиям к стабильности частоты. В настоящее время применяют АГ, в которых кварц используется либо как индуктивное сопротивление, либо как последовательный контур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
