Пъезоэлектрический резонатор с регулируемой частотой

 

OflHCAHME

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюь Советски и

Сециалистичесиии

Респубнии

«i>938367 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) аивлено 22. 10.80 (2 I ) 2995966/40-23 (5! )М. Кл.

Н 03 Н 9IL5 с присоединением заявки М фкударстеепвй комитет

СССР ю ааиаи изееретеиий и етирытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.06.82. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 25.06.82 (53) УДК 621.372. .4 12 (088. 8) С. Г. Бодров, М. Л. Лев и Б. П. Перегуд (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе (7l ) Заявитель (54). ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР С РЕГУЛИРУЕМОЙ

ЧАСТОТОЙ

Изобретение относится к пьезотехнике и может быть использовано в радиотехни-

1 ческих устройствах для регулирования частоты кварцевых резонаторов.

Известны пьезоэлектрические резона5 торы, регулирование частоты которых осуществляется за счет изменения модуля упругости материала пьезоэлемента, а также выбора оптимального емкостного отношения (11.

Недостатком таких резонаторов является узкий диапазон регулируемых частот,.составляющий десятые доли процента от основной частоты.

Известен также пьезоэлектрический резонатор с регулируемой частотой, состоящий из пьезоэлемента, снабженного металлическими обкладками, которые выполнены в виде спирали и представляют, собой токонесущий слой.

Для регулирования частоты пьезоэлектрического резонатора через электрод, выполненный в виде спирали, пропускают ток, который неравномерно нагревает стер жень, что изменяет модуль упругости и вызывает внутренние напряжения в пьезоэлементе и тем самым изменяет стабилизированную частоту пьезоэлектрического резонатора f2).

Недостатком известного пьезорезонатора является сравнительно узкий диапазон регулируемых частот. (0,37 от основной частоты), а кроме. того, большая инерционность регулирования частоты (2-3 с) и малая стабильность частоты (дрейф частоты составляет сотые доли процента от установленной частоты);

Бель изобретения — расширение диапазона регулируемых частот, уменьшение инерционности и, повышение стабильности регулируемой частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом резонаторе с регулируемой частотой, содержащем пьезоэлемент, на боковых гранях которого расположены электроды, приче4, по крайней мере, один из них представляет собой токонесущий слой выполненный из сверхI

3 9383 йроводящего материала; и нанесен на всю поверхность грани, а сам резонатор помещен в криостат.

При подаче. найряжения на электроды такого резонатора в пьезоэлементе возбуждаются колебания, частота которых определяется модулем упругости и размерами пьезоэлемента, причем при упругих деформациях пьезоэлемента деформируется и токонесущее покрытие. Если через это 1э покрытие пропускает ток, то в нем возникает магнитная сила, действующая на ток в собственном магнитном поде. Эта сила направлена противоположно равнодействующей упругих сил, возникающих в пьезоэлементе, т.е. частично комненсирует их. В результате частота колебаний такого резонатора уменьшается. Величина такой магнитной силы пропорциональна квадрату тока, пропускаемого через токонесущее покрытие, и, следовательно, чем больший ток можно пропустить через сверхпроводящее покрытие; тем шире пределы регулирования частоты.

Величину тока можно увеличить, учитывая ограничения толщины покрытия пьезоэлемента, только за счет увеличения его плотности.

Этим обстоятельством продиктован выбор сверхпроводника в качестве материала г зе для покрытия. Известные в настоящее время материалы способны в caepxllpoaoдящем состоянии нести ок до 10 А/см . т нести ток до 10 А/см, На фиг. l представлен пьезоэлектрический резонатор с регулируемой частотой, общий вид в двух проекциях; на фиг. 2 - то же, в рабочем состоянии.

Предлагаемый пьезорезонатор с регулируемой частотой состоит из стержня 1, выполненного из пьезоэлектрического Ма -

Предлагаемый пьезоэлектрический резонатор работает следующим образом.

При подаче напряжения на электроды so

2 и 3 и токе по сверхпроводяшему покрытию, равному нулю, частота колебаний резонатора определяется упругостью и размерами пьезоэлемента. Если ток по сверх- . проводящему покрытию отличен от нуля, м то при изгибе пьезоэлемента (фиг. 2) магнитное поле около вогнутой поверхности становится большим, чем поле у выпуклой

67 4 поверхности. Возникает разность магнит° . ных сил, действующих на верхнюю и нижнюю грани, а следовательно и сила, час°" тично компенсирующая упругие силы, поэтому резонатор колеблется с меньшей частотой. Для регулирования частоты резона« тора изменяют ток, пропускаемый по электродам 3.

Пример. Кварцевый стержень имеет длину 1 см и квадратное сечение размером 0,11 0,1 мм. Два сверхпроводя-, щих слоя из ВЬЮ толщиной 10 мкм нанесены методом катодного распыления на две противоположные грани. Температура в криостате 4,2 К. Критическая плотность тока для МЬ Яи 10 А/см ; .При нулевом токе частота пьезоэлектрического резонатора 5,42 g 10ЗГц. При токе 200 А = 4,78 х10 Гц, т.е. Ь|(f =

= 12%.

Таким образом у предлагаемого резонатора диапазон регулируемых частот расширен в 40 раз, по сравнению с известным. Он имеет меньшую инертность, так как время установления новой частоты в известном резонаторе складывалось из времени изменения тока и времени установления теплового равновесия.

В предлагаемом резонаторе бремя перестройки частоты равно времени изменения тока (0,1 с), что в 20-30 раз меньше, чем,в известном. Стабильность частоты в известном резонаторе зависит от стабильности тока и теплоотвода, а в предлагаемом резонаторе — только от стабильности тока. Предлагаемый резонатор дает возможность регулирования стабильной частоты в радиотехнических устройствах без изменения добротности и стабильности.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический резонатор с регулируемой частотой, содержащий пьезоэлемент, на боковых гранях которого расположены электроды, причем, по крайней мере, один из йцс "представляет собой токонесущий слой, о т л и ч а ю m и йс я тем, что, с целью расширения диапазона регулируемых частот, уменьшения инерицонности регулирования и повышения стабильности регулируемой, частоты, токонесущий слой выполнен из сверхпроводящего материала и нанесен на всю поверх5 938367 ность грани, а пьезоэлектрический резонатор помешен в криостат.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе е

1. Альтшуллер Г. Б. Управление часУ отой кварцевьи генераторов. Изд. 2 в, М., "Связь", 1975, с. 26, 27.

2. Авторское свидетельство СССР

s И 189030, кл. Н 03 Н 3/04, 1966.

Составитель О. Вербицкий

Редактор Н, Лазаренко Техред А. Ач Корректор И. Муска

Заказ 4478/77 Тираж 959 Подписное

ВНИ ИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

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

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