книги из ГПНТБ / Альтшуллер Г.Б. Кварцевая стабилизация частоты

4 Г Л А В А

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

4.1.ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ О

Кварцевые резонаторы в герметизированных металлических баллонах выпус­ каются в основном для диапазона частот от 0,75 до 100 МГц (80]. По габарит­ ным размерам они разделяются на два типа:

а) миниатюрные типа М для диапазона частот от 5 до 100 МГц (рис. 4.1 их масса не более 2 г;

Кварцевые резонаторы функционально делятся на три группы, отличные диапазонами частот вибрации и максимальным ускорением механического воз­ действия.

') Все табл, гл. 4 см ГОСТ 11599—67 и ГОСТ 6503—67, издательство стандар­ тов, 31/1 68 г. и 27/11 68 г. соответственно.

70

Кварцевые резонаторы по интервалам рабочих температур разделяются на 13 групп, пять групп из них термостатированные, самый широкий интервал тем­ ператур от —60°С до 125°С. По точности настройки кварцевые резонаторы раз-

12 классов по максимальному отклонению частоты в интервале рабочих темпера­ тур от ± 5 - 1 0—0 до ±300-10_0.

При заказе кварцевых резонаторов или оформлении документации на квар­ цевые возбудители необходимо знать условное обозначение кварцевых резонато­

щих па основной частоте, и в мегогерцах для резонаторов, работающих на ме­ ханических гармониках);

с максимальным допустимым отклонением частоты в интервале рабочих темпе­ ратур от —40°С до +70°С ±75-10~6, с номинальной частотой 947,7 кГц, с жест­ кими выводами для припайки к ним монтажных проводов показан ниже (табл. 4.2). В приведенных таблицах показаны группы условий эксплуатации, классы по относительному отклонению частоты, интервалы рабочих температур, классы по изменению частоты в рабочих интервалах температур (табл. 4.3).

4.2. ВАКУУМНЫЕ

Кварцевые резонаторы в вакуумных стеклянных баллонах выпускаются для диапазона частот от 4 кГц до 100 МГц [81]. По габаритам они делятся на сле­

и от 4,5 до 100 МГц; изготавливаются кварцевые резонаторы и в более широких

74

й Т а б л м ц а 4.2

Резонатор 1Г-НП9Ь7,7 кГц-БЗ ГОСТ 6503~В1

Изготовление резонаторов производится по требованию потребителя

**'Резонаторы типа Мизготавливаются на диапазон частот 5+W0МГц t типа 6-0,75+100МГц

Т а б л и ц а 4.3.

Условные обозначения инт ервалов температур

*Резонаторы изгот а6ли8ают ся по требоданию потребителя

Рис. 4.2. Виды вакуумных кварцевых резонаторов:

1 — индикаторная метка; 2 — выводы луженые

73

По конструкции выводов кварцевые резонаторы бывают трех видов: C i(M t)— с жесткими выводами для вставления в панель;

(С2, Дг и Д г ) — с мягкими выводами для непосредственной припайки; Д з — с жесткими выводами для припайки к ним мягких монтажных проводов.

Рис. 4.3. Виды вакуумных кварцевых резонаторов: 1 — выводы луженые

Вакуумные кварцевые резонаторы по условиям эксплуатации разделяются на четыре группы, которые различаются по диапазону частот вибрации, макси­ мальному ускорению вибрации, многократным и одиночным ударам.

20 классов по максимальному отклонению частоты в интервале рабочих темпе­ ратур, два из них предназначены только для прецизионных кварцевых резона­ торов. По точности настройки вакуумные кварцевые резонаторы разделяются на 17 классов, шесть из них только для прецизионных резонаторов на отдельные частоты.

При заказе вакуумных кварцевых резонаторов или при оформлении доку­ ментации необходимо указывать их условное обозначение:

е) условное обозначение максимального отклонения частоты резонатора от рабочей в интервале рабочих температур;

ж) частота резонатора (в килогерцах для основного колебания п в мегагер­ цах при работе на механических гармониках);

з) вид резонатора;

74

и) номинальные длины выводов резонатора — 20; 14 или 8 мм (через косую ■черту);

к) номер стандарта или при наличии технических условий вместо номера стандарта указывается помер технических условий.

Пример условного обозначения резонатора вакуумного исполнения с семью

по относительному отклонению частоты, интервалы рабочих температур, классы по изменению частоты в рабочих интервалах температур.

Следует отметить, что величина допустимых отклонений рабочей частоты от номинальной и частоты колебаний от рабочей в интервале рабочих температур зависят от диапазона частот и интервала рабочих температур.

Величины этих отклонений в зависимости от интервала рабочих температур приведены в табл. 4.5 и 4.6 для кварцевых резонаторов 0,8— 100 МГц и 4—800 кГц соответственно. Следует отметить значительно лучшую температурную стабиль­ ность кварцевых резонаторов диапазона частот 0,8— 100 МГц по сравнению с ре­ зонаторами диапазона частот 4—800 кГц.

Вакуумные кварцевые резонаторы в цилиндрических стеклянных баллонах ламп имеют сравнительно большие размеры, поэтому в ряде стран развивается производство вакуумных кварцевых резонаторов в плоских стеклянных балло­ нах, внешне подобных герметизированным кварцевым резонаторам выпускаемых по ГОСТ 6503—67 [80].

Эти кварцевые резонаторы имеют удобную форму, малый объем и взаимо­ заменяемы с герметизированными резонаторами. Подобные кварцевые резона­ торы изготавливаются п в СССР. Наиболее сложна при разработке таких квар­ цевых резонаторов проблема соединения основания и колпачка в непосредствен­ ной близости от кварцевой пластины.

Кварцевые резонаторы выпускаются в малогабаритном и миниатюрном исполнении (соответствующие размеры резонаторов видов Б и М ГОСТ 6503—67). Разработаны и выпускаются в ряде стран сверхминиатюрные вакуумные плоские кварцевые резонаторы на частоты выше 10 МГц с размерами 6 X 6 X 3 ,5 мм.

Наряду с кварцевыми резонаторами в плоских стеклянных баллонах полу­ чили распространение миниатюрные вакуумные резонаторы в металлических корпусах. Такие кварцевые резонаторы, как правило, изготовляются в стандарт­ ных корпусах промышленных транзисторов [228], Основание и колпачок в этих резонаторах могут быть соединены в вакууме или в инертном газе при очень незначительном нагреве.

При соединении основания и колпачка методом холодной сварки достаточно простого технологического оборудования. Кварцевые элементы этих резонаторов изготовляются как круглые пластины (плоские и линзообразные) и крепятся в держателе с помощью жестких ленточек, припаиваемых к ребру пластины. Квар­

делах, ограниченных ГОСТ или техническими условиями. Однако они не обеспе­

цизионные кварцевые резонаторы, предназначенные для работы в прецизионных опорных кварцевых генераторах.

Такие резонаторы изготавливаются на несколько заранее выбранных частот, определенных конструкцией н параметрами кварцевых элементов.

Анализ параметров, конструкции и диапазона частот прецизионных кварце­ вых резонаторов, из [212], показал возможность создания их для диапазонов низ­ ких и высоких частот. В диапазоне низких частот используются кварцевые эле-

75

Т а б л и ц а 4.5.

Условные обозначения интервалов температур

менты больших размеров с креплением в узловых точках при помощи капроновых нитей, пружин или проводов. Такие резонаторы обеспечивают высокую доброт­ ность, однако конструкция крепления значительно влияет на частоту кварцевого резонатора, поэтому такие резонаторы весьма нестабильны при механических ис­ пытаниях.

Низкочастотные прецизионные кварцевые резонаторы применяются ограни­ ченно в стационарной измерительной аппаратуре и не пригодны для использо­ вания в мобильной аппаратуре.

В высокочастотных кварцевых резонаторах применяются кварцевые пласти­ ны, использующие колебания сдвига по толщине с креплением пластины по тор­ цам. Выпуклые пластины, использующие колебания на механических гармони­ ках, исключают колебания торцов пластины, при этом крепление пластины весьма незначительно влияет на частоту кварцевых резонаторов. Такие кварце­ вые резонаторы обеспечивают высокую стабильность частоты при механических испытаниях и широко применяются в мобильной аппаратуре.

Для обеспечения высокой температурной стабильности используются квар­ цевые резонаторы АТ среза, позволяющие получить температурный коэффициент

из-за того, что эквивалентная индуктивность с частотой уменьшается быстрее, чем величина эквивалентного сопротивления кварцевого резонатора.

На рис. 4.4 приведена зависимость добротности кварцевого резонатора от частоты для пластин АТ среза без учета влияния потерь на крепление пластины (пунктирная кривая 1). При учете потерь на крепление пластин зависимость доб­ ротности от частоты для сферических пластин показана на рис. 4.4 (кривые 2). Как видно из анализа зависимости рис. 4.4, существуют определенные частоты,

77

* Резонат оры и згот авли ваю т ся т олько по т р еб о в а н и ю п о т р е б и т е л я

Рис. 4.4. Зависимость добротности кварцевых резо­ наторов от частоты

при которых добротность кварцевых резонаторов максимальна. Оптимальные частоты зависят от размеров кварцевой пластины и составляют 2,5 и 5 МГц для пластин диаметром 30 и 15 мм соответственно. Величина добротности таких резонаторов составляет (3—6) -:106. Большинство прецизионных .'Кварцевых резонаторов изготавли­ вают для указанных выше частот.

Для ослабления влияния крепления преци- 3-. знойные кварцевые резонаторы изготавливаются ^ на 'механических гармониках, в основном по пя­ той механической гармонике. В качестве материа-^ ла электродов используют золото, обеспечиваю- ’ шее малое влияние электрода на характеристики кварцевого резонатора. Существенное влияние на характеристики кварцевого резонатора оказыва­ ет крепление пластины. Весьма эффективным яв­ ляется крепление кварцевой пластины 1 к выво­

*) По данным [212] прецизионный кварцевый резонатор на 2,5 МГц по пятой механической гармонике имеет следующие параметры: 1. Эквивалентная индук­

79