Пьезорезонатор с температурным управлением частотой колебаний

 

Союз Советеиин

Социалистических республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii>970641 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 22,04.81 (2)) 32828S4/18-23 (5! )М. Кл.

Н 03 Н 3/04 с присоединением заявки М (23) Приоритет—

Гооуднротеенный комитет

СССР но делам изобретений и отнрытнй

Опубликовано 30,10 82 бюллетень М 40

Дата опубликования описания 30.10.82 (53) УДК621.372 (088.8) В. П. Багаев и A. В. Косых (72) Авторы изобретения

I

il °, (7I ) Заявитель

Омский политехнический институт (54} ПЬЕЗОРЕЗОНАТОР С ТЕМПЕРАТУРНЫМ

УПРАВЛЕНИЕМ ЧАСТОТОЙ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к электроникеи может быть использовано B термокомпенсированных кварцевых генераторах. Известен пьезорезонатор, на поверхности которого напылен резистивный нагреватель, подключенный к регулируемому источнику питания (1 1 .

Недостатком этого пьеэорезонатора является большое время установления частоты, определяемое временем установ-. ления теплового равновесия в системе пьезопластина — окружающая среда, большая потребляемая мощность.

Известен также пьезорезонатор с температурным управлением частотой колебаний, содержаший кварцевую пьеэопластину с нанесенными на ее противоположные поверхности двумя возбуждающими элект» родами и нагреватель. Электроды выполнены в виде реэистивной спирали (23 .

Недостатком известного пьеэорезонатора является необходимость использования цифро-аналогового преобразователя (БАП) при управлении частотой цифровым

2 управляющим устройс твом, что усложняет управление.

Бель изобретения — улучшение эксплуатационных характерис тик, заключающееся в упрощении управления пьезорезонатором штфровым управляющим устройством, а также снижение потребляемой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезорезонаторе с температурным управлением частотой колебаний, содержащем кварцевую пьезопластину, с нанесенными на ее противоположные поверхности двумя возбуждающими электродами и нагреватель, один из электродов выполнен в виде разделенных один от другого усеченных секторов и центральной части, каждый из секторов соединен с центральной частью резистивным пленочным локальным нагревателем, имеющим внешний вывод, причем вывод центральной части соединен через блокировочные емкости с каждым из выводов секторов.

Кроме того, локальные нагреватели имеют одинаковые сопротивления и распо3 97064 ложены в точках поверхности пьезопластины, коэффициенты чувствительности частоты к локальному нагреву в которых составляют геометрическую прогрессию со знаменателем(2 .

Причем сопротивления локальных нагре вателей составляют геометрическую прогрессию со знаменателем 2, а расположены нагреватели по замкнутой кривой одинаковой чувствительности частоты к ло- >0 кальному нагреву.

На фиг. 1 изображен пьезорезонатор с локальными нагревателями, имеющими одинаковое сопротивление; на фиг. 2 — пьезо- резонатор, сопротивления локальных нагре= вателей которого составляют геометрическую прогрессию со знаменателем 2; на фиг. 3 - температурно зондовые характеристики пьезорезонатора (АТ-среда); на фиг. 4 — зависимость изменения частоты от тока через нагреватель, а следовательно, и от сопротивления нагревателя, поскольку он подключается к нерегулируе мому источнику постоянного напряжения.

Пьезорезонатор содержит кварцев ю

"пьезопластину 1, на одну сторону которой нанесен возбуждающий электрод 2, а на вторую — электрод выполненный в

1 . . виде П разделенных друг от друга усеченных секторов 3 и центральной части 4. M

Каждый из секторов 3 соединен с центральной частью 4 резистивным пленочным нагреватепем 5. 11ентральная часть 4 имеет внешний вывод 6, а каждый из усеченных секторов 3 имеет внешний вывод

7, причем вывод центральной части 6 со-, единен с выводами секторов 7 блокировочными емкостями 8. Возбуждающий электрод 2 имеет внешний вывод 9.

Пьезорезонатор работает следующим образом. 4О

Вывод 9 подключается к активной части генератора, а вывод секторов 7 подключается во внешней цепи резонатора цифровым управляющим устройством к не регулируемому источнику питания. При этом по цепи: вывод сектора 7, секторЗ, нагреватель 5, центральная часть 4, вывод центральной части 6 протекает постоянный ток, а в нагревателе 5 выдецй ляется мощность Р =, где U - напря- о

Ф жение нерегулируемого источника питания, 9; - сопротивление подключенного пленочного нагревателя. Площади нагревателей

59 под << сект где 8окт площадь актив ной зоны пьезопластины 1, поэтому нагрев можно считать локальным. Блокировочные емкости 8 замыкают по высокой частоте сектора 3 в единый электрод вместе с

1 4 центральной частью 4, повышая тем самым активность резонатора.

Известно, что частота пьезорезонатора зависит не только от средней температуры пьезопластины, но и от неравномерности температурного поля по поверхности пьезопластины, т. е. от температурных градиентов. Температурные градиенты вызывают механические напряжения в пьезопластине 1, которые ведут к ходу час» тоты. Величина ухода частоты зависит от величины механических напряжений и от точки возникновения этих напряжений на поверхности пьезопластины 1.

Таким образом, влияние включения того или иного локального нагревателя 5 на отклонение частоты пьезорезонатора зависит от мощности нагревателя 5 и от

его расположения на поверхности пьезо- . плас тины.

Если расположить все нагреватели в точках пьезопластины, имеющих одинаковую чувствительность к локальному нагреву, а сопротивление. локальных нагревателей выбрать отличающимися друг от друга в два раза, т. е. для 1-ro Р, для

2-го 2 R, для и -го 2 nR, то уход частоты от включения 1-го нагревателя будет вУ, от 2-го 1/2 5f, от и -го

1/2néÕ. Если сопротивления всех нагревателей 5 равны Й, а расположены нагреватели 5 в точках поверхности пьезопластины, коэффициенты чувствительности частоты к локальному нагреву в которых составляют геометрическую прогрессию со знаменателем 2, то уходы частоты также будут составлять геометрическую прогрессию со знаменателем 2, поскольку уход частоты равен . произведению мощности нагрева на коэффициент чувствительности частоты к локальному нагреву. Определить точку с необходимой чувствительностью можно иэ графика (фиг. 3).

Число нагревателей и зависит от точности, с. которой необходимо управлять частотой пьезорезонатора. Поскольку влияние включения каждого из нагревателей 5 отличается в два раза от включения соседнего нагревателя, то всего может быть

2 возможных состояний. Включая тот или иной набор нагревателей 5, можно установить, любой иэ 2 возможных ухо

П дов частоты.

Поскольку каждый иэ нагревателей имеет свой отдельный вывод, то управление частотой пьезорезонатора при помощи цифрового управляющего устройства существенно упрощается и заключается в подклю чении к нерегулируемому источнику питаIS

5 970 ния того или иного набора выводов 7, а следовательно, и локальных нагревателей 5.

Отпадает необходимость в использовании

ПАП.

Кроме того, предлагаемый пьеэорезонатор с температурным управлением частотой колебаний позволяет значительно уменьшить тепловую инерционность и потребляемую мошность, так как используется локальный, а не объединенный нагрев, JO что особенно важно при использовании пьезореэонатора для цепей термокомпен» сации.

Формула изобретения

1. Пьезорезонатор с температурным управлением частотой колебаний, содержаший кварцевую пьезопластину, с нанесен- щ ными на ее противоположные поверхности двумя воэбуждаюшими электродами, и нагреватель, отличаюшийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик и снижения потребляемой 2S мощности, один из электродов выполнен в виде отделенных один от другого усе.- ченных секторов и центральной части, . каждый из секторов сбединен с централь

641 6 ной частью резистивным пленочным локаль ным нагревателем, имеюшим внешний вывод, причем вывод центральной части соединен через блокировочные емкости с каждым из выводов секторов.

2. Пьезорезонатор по п. 1, о т л ич а ю ш и и с я тем, что локальные нагреватели имеют одинаковые сопротивления и расположены в точках поверхности пьезопластины, коэффициенты чувствительности частоты к локальному нагреву в которых составляют геометрическую прогрессию со знаменателем 2.

3. Пьезореэонатор по и. 1, о т л ич а ю ш и и с я тем, что сопротивления локальных нагревателей. составляют геометрическую прогрессшо со знаменателем 2 .а располо>кены нагреватели по замкнутой кривой одинаковой чувствительности частоты к локальному нагреву.

Источники информ &ции, принятые во внимание при экспертизе

1. Альшуллер Г. В., Ефимов Н. Н., Шакулин В. Г. Экономичные миниатюрные кварцевые генераторы. М., Связь, 1979, с. 157.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 189030, кл. Н 03 Н 3/04, 1965 (прототип).

Ôèã.2

970641 ®лам

@АЗ

Составитель Л. Стерпикова

Редактор Н. Ковалева Техред Л. Пекарь Корректор И. Шароши, Закаэ 8420/73 Тираж 959 П одлисиое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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