Монокристаллический элемент резонансного преобразователя (его варианты)

 

Изобретение может быть использовано в злектромеханических преобразователях приборов селекции и стабилизации частоты. Целью изобретения является повышение стабильности генерируемых колебаний на частотах средневолнового диапазона (300-100 кГц) с нулевым ТКЧ. Монокристаллический злемент выполнен в виде прямоугольной пластины из монокристалла тан-- талата лития с тонкопленочным электродным покрытием, разделенным вдоль продольной оси симметрии пластины на каждой из ее главных граней на две равные части Противолежащие части электродного покрытия электрически соединены между собой. Поперечная ось симметрии пластины параллельна кристаллографической оси X монокристалла, а продольная о.сь симметрии наклонена относительно его кристаллофизической оси Z . В первом варианте элемента относительная величина угла наклона главных граней пластины к кристаллографической оси составляет 55-65 при определенном соотношении длины пластины и ее ширины (приведено условие, которому удовлетворяет это соотношение). Во втором варианте элемента относительная величина угла составляет 24-30 при другом соотношении указанных величин. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

С0103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (11) (51) 4 Н 04 17 00

ЯГОЙ() ц),=:; q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3736908/24- t 0 (22) 04.05.84 (46) 07.03.86. Бюл. № 9 (72) 1О.А. Кочетков, M.È. Ярославский, В.Н, Банков, В.Б. Грузиненко, B.Ñ. Самойлов и В.Н. Стасевич (53) 534.232(088 8) (56) Патент США ¹ 3601639, кл. Н 04 Р 17/00, 1971.

Савамото и др. Нулевой температурный коэффициент резонансной частоты продольных колебаний в стержнях из танталата лития. - ТИИЭР. Т. 52, 1970, № 1, с. 173-175.

Грузиненко В.Б. и др. О параметрах танталатолитичевых резонаторов с пьезоэлементами, совершающими колебания изгиба в плоскости XV./Материалы XII Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике. Саратов, 1983, ч. II, с. 249, Патент Великобритании № 1526790, кл. Н I Е, 1978.

Справочник по кварцевым резонаторам./Под ред. П.Г.Позднякова. M.:

Связь, 1978, с. 115-116. (54) МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, РЕЗОНАНСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (ЕГО

ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение может бьггь использовано в электромеханических преобразователях приборов селекции и стабилизации частоты. Целью изобретения является повышение стабильности гене- рируемых колебаний на частотах средневолнового диапазона (300-100 кГц) с нулевым ТКЧ. Монокристаллический элемент выполнен в виде прямоугольной пластины из монокристалла танталата лития с тонкопленочным электродным покрьггием, разделенным вдоль продольной оси симметрии пластины на каждой из ее главных граней на две равные части, Противолежащие части электродного покрытия электрически соединены между собой. Поперечная ось симметрии пластины параллельна кристаллографической оси Х монокристалла, а продольная ось симметрии наклонена относительно его кристаллофизической оси Z . В первом варианте элемента относительная величина угла наклона главных граней пластины к кристаллографической о оси составляет 55-65 при определенном соотношении длины пластины и ее ширины (приведено условие, которому удовлетворяет это соотношение). Во втором варианте элемента относительо ная величина угла составляет 24-30 при другом соотношении указанных величин. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

1216835

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться в электромеханических преобразователях в приборах, предназначенных для измерения физических величин, и в приборах селекции и стабилизации частоты.

Цель изобретения — повышение стабильности генерируемых колебаний на частотах средневолнового диапазона (330-1000 кГц) с нулевым ТКЧ.

На фиг. 1 показана ориентация пластины монокристаллического элемента резонансного преобразователя относительно кристаллофизических осей

Х, Y u Z монокристалла танталата лития; на фиг. 2 — внешний вид монокристаллического элемента; на фиг. 3 — электрическая схема включения резонансного преобразователя с монокристаллическим элементом при возбуждении его автогенераторным методом; на фиг. 4 — характерная зависимость изменения частоты предлагаемого монокристаллического элемента от температуры; на фиг. 5 — зависимость динамической индуктивности

Ь элементов от отношения 1/Ь.

Прямоугольная пластина 1 монокристаллического элемента выполнена из танталата лития (LiTaO,) и ориентирована шириной 2 параллельно кристаллофизической оси Х (электрической оси) монокристалла и длиной 3 под наклоном относительно его кристаллофизической оси Z (оптической оси), т,е, вдоль оси Z (фиг. 1). Относительная величина угла наклона состав ляет = 55 — 65, а в соответствии о с вариантом выполнения — f = 24 о

30 . При этом положительный знак угла означает, что отсчет происходит против часовой стрелки. Монокристал-, лический элемент снабжен на главных гранях пластины 1 тонкопленочным электродным покрытием, состоящим из

1 /1 = 0,5 при 1/b = 1,05

1 /1 = 0,5, 0,22 при 1/b

1, /1 = 0,153 0,32, 0,5 при

11/1 = 0,11, 0,24, 0,366

Приведенные значения получены экспериментально методом механического зондирования поверхности элемента в пределах от 1, /1 = 0 до 1 /1

= 0,5.

Рассмотрим один из возможных способов соединения монокристаллиусилителя 10. Между входом последнеравных по площади частей 4-7 (фиг. 2), Отношение длины 3 пластины 1 к ее ширине 2, обозначенное как 1/Ъ, выбрано из ряда относительных значений: 1,05-1, 15, 2,3-2,9, 4,0-4,6, 5,3-5,9. Линии разделения электродного покрытия на части 4, 5 и 6, 7 могут идти по середине пластины 1 с нулевым наклоном к ее продольной

10 оси 8. Однако в этом случае линии разделения должны выполняться с

"карманами" для обеспечения возможности осуществления не вносящего затухания закрепления элемента (не

15 показаны). Эти же линии разделения могут не иметь карманов, но быть наклонены к продольной оси 8 пластины на угол Я, который не может быть больше a eh) Ъ/1. Линия разде20 ления покрытия на части 4 и 5 имеет наклон, противоположный линии разделения покрытия на части 6 и 7.

Закрепление монокристаллического элемента и токосъем производятся с

25 помощью двух или четырех проволочных токоотводов, которые припаяны, приклеены или как-либо иначе присоединены к пластине или к нанесенному на ее поверхность покрытию в одном б или двух узлах колебаний. Эти узлы расположены на главных гранях пластины монокристаллического элемента, на ее продольной оси 8 (элементы крепления на фиг. 2 не показаны), что хаРактеРно для используемого типа колебаний — сдвига по контуру.

В случае, если монокристаллический элемент используется в пьезоэлектрическом резонаторе, то помимо тонких (проволочных) токоотводовдержателей оно снабжается араматурой, установленной на основании или являющейся деталью последнего, и герметизирующим кожухом. Отношение расстояния 1 от узловой точки до ближайшего торца пластины 1 к ее длине должно быть выбрано из ряда значений:

I ,15 (к 1)

3 — 2,9 (к =2)

/Ь = 4.,0 — 4,6 (к = 3) при 1/b = 5,3 — 5,6 (к = 4). ческого элемента резонансного преобразователя с электрической цепью для возбуждения в нем колебаний

55 (фиг, 3). Преобразователь 9 с монокристаллическим элементом включен

;в цепь положительной обратной связи

1216835 го и преобразователем 9 включена цепь 11 автоматической регулировки амплитуды. К усилителю 10 подсоединен индикатор 12, например высокочастотный вольтметр, с возможностью

I переключения на вход и выход усилителя. С усилителем соединен также частотомер 13. Возможны и другие приемы для возбуждения монокристаллического элемента, например фильтро- 10 вой метод.

Устройство работает следующим образом.

Формула изобретения

1. Ионокристаллический элемент резонансного преобразователя, выполненный в виде прямоугольной пластиПри подаче переменного электричес. кого напряжения (фиг. 3) на электродное покрытие, состоящее из частей

4-7, сфазировано . (фиг. 2), между частями покрытия 4, 5 и 6, 7 образуется электрическое поле, силовые линии которого направлены так, как это показано на фиг. 2. Основная компонента поля направлена вдоль кристаллографической оси Х. При этом результирующий пьезомодуль не равен 2 нулю. Вследствие обратного пьезоэффекта при данном расположении возбуждающих электродов (частей 4-7 покрытия) в пластине 1 возбуждаются механические колебания сдвига по контуру. Вследствие прямого пьезоэффекта механические колебания приводят к появлению на электродном покрытии знакопеременного электрического напряжения, частота которого имеет высокую стабильность, обеспечиваемую высокой стабильностью механических свойств монокристалла танталата лития. Частота этих колебаний, определяемая шириной и длиной пластины и величиной результирующей константы упругости, находится в пределах 300-1000 кГц. При предлагаемых соотношениях длины и ширины и относительных углах (углах среза) о

= 55 - 65 составляющие константы оказываются близкими по значению и имеют противоположные по знаку зависимости величины от температуры, по крайней мере, в области температур

25 С. Поэтому ТКЧ в области темпео ратур около 25 С близок к нулю. То же имеет место и при I = 24-30 о ны из монокристалла танталата лития, поперечная ось симметрии которой параллельна кристаллофизической оси

X монокристалла, а продольная ось симметрии наклонена относительно его кристаллофизической оси Z имеющей на главных гранях тонкопленочное электродное покрытие, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности генерируемых колебаний на частотах средневолнового диапазона (300-100 кГц) с нулевым ТКЧ, относительная величина угла наклона главных граней пластины к кристаллофизической оси Z cocо тавляет 55-65, соотношение длины пластины и ее ширины b удовлетворяет условию

1;

2, 3;

1,05 — 1,15 при

2,3 — 2,9 при к

4,0 — 4,6 при к

5 3 — 5,9 при к

1/Ь где к — номер моды колебаний пластины, причем электродное покрытие разделено вдоль продольной оси симметрии пластины на каждой из ее главных граней на две равные части, а противолежащие части электродного покрытия электрически соединены между собой.

2. Ионокристаллический элемент резонансного преобразователя, выполненный в виде прямоугольной пластины из монокристалла танталата лития, поперечная ось симметрии которой параллельна кристаллофизической оси

X монокристалла, а продольная ось симметрии наклонена относительно его кристаллофизической оси X имеющей на главных гранях тонкопленочное электродное покрытие, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности генерируемых колебаний на частотах средневолнового диапазона (300—

100 кГц) с нулевым ТКЧ, относительная величина угла наклона главных ! граней пластины к кристаллофизической оси Е составляет 24-30", соотношение длйны пластины и ее ши- рины b удовлетворяет условию

1,05 — 1,15 при к = 1; ц 2, 3 — 2,9 при к = 2;

4,0 — 4,6 при к = 3;

5,3-5,9 прик =4, 1216835

1Г) где к — номер моды колебаний пластины, причем электродное покрытие разделено вдоль продольной оси симметрии пластины на каждой из ее главных граней на две равные части, а противолежащие части электродного покрытия электрически соединены между собой.

1216835

«4 . О

Ь 2од

В

% ф

4О -Zd О ° 2О <4О «4О

7Ьюнедттум, Фие4 ( 2 ф

Ф 1 г 4 S Ю

Отношение Южна аооелииж и ее шорине

Фиг. 5

Составитель В.Кудрявдев

Редактор Н.Пушненкова Техред А.Комарнищсая Корректор Г.Решетник

Тираж 624 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1110

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4