CC BY
18
98
ШКОЛЯ МОЛОДОГО ИССПЕДОВВТЕЛЯ
УДК 621.372.412 М.А.ЮРЬвВ
УМЕНЬШЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОБОЧНОГО КОЛЕБАНИЯ В КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРАХ С ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОМ ДВУХПОВОРОТНОГО СРЕЗА
Широкое использование кварцевых резонаторов (КР) в портативной и мобильной аппаратуре требует одновременно с улучшением технических характеристик уменьшения габаритов, веса, потребления энергии и стоимости КР. Дальнейшее улучшение характеристик термостабилизированных КР неразрывно связано с применением двухповоротных срезов. При этом существенно повышается частотная стабильность, уменьшается время готовности и повышается устойчивость к механическим воздействиям. Но применение двухповоротных срезов ограничивает некоторое усложнение технологического процесса при ориентировке кварцевой пластины, а также наличие такого существенного недостатка, как появление в частотном спектре побочного колебания В-моды большей интенсивности, чем полезное С-моды. Причем побочное колебание отстоит от полезного всего на 9 % значения частоты полезного колебания. Наличие побочного колебания ограничивает возможность применения таких мало-используемых срезов, как РТ, 1Т, АК.
Значительно уменьшить интенсивность побочного колебания в резонаторах с пьезоэлементами ТД [ЭС] среза можно, возбуздая ангармонику полезного колебания. Были проведены экспериментальные работы, оценивающие возможность использования ангармонического колебания в резонаторах ТД [БС] среза. Температурно-частотная характеристика (ТЧХ) резонатора с ПЭ, возбуждаемым на ангармоническом колебании аналогична той же характеристике при возбуждении основного колебания, однако требуется корректировка угла среза для получения оптимальной ТЧХ. Поэтому ПЭ, возбуждаемые на ангармоническом колебании, можно использовать в резонаторах с температурной стабилизацией частоты при соответствующем подборе угла среза. Силочастотная характеристика (изменение частоты в зависимости от прикладываемого механического напряжения) также похожа при обоих видах колебания. Для определения влияния точек крепления на частоту резонатора было проведено сравнение силочастотных характеристик при возбуждении ПЭ на ангармонике и перпендикулярным полем. Заметного отличия, которое позволяет говорить о какой либо разнице этих характеристик, не обнаружено.
При ангармоническом возбуждении ПЭ велика роль величины зазора меоду электродами. Ширина зазора должна лежать в пределах 0.4 -1.4 мм, в противном случае ее увеличение или уменьшение сказывается на динамическом сопротивлении ре-
зонатора. А оптимизация величины угла между направлением зазора и направлением оси позволяют получать ПЭ с хорошим подавлением колебания В-моды.
Использование плосковыпуклых пластин позволяет улучшить спектральную характеристику резонатора, уменьшив влияние края и напряжений, создаваемых в точках крепления на частоту. Установлено, что в ПЭ, возбуждаемых на ангармонике радиус сферы (Ксф) должен лежать в диапазоне (150-300)мм. У пластин при Рсф<150мм. обнаружено сильное увеличение динамического сопротивления и даже срывы генерации в температурном интервале (-40...+100) С. Объясняется это большей площадью поляризации ПЭ при возбуждении ангармоники, в сравнении с 3-й гармоникой основного колебания. При значениях Рсф>300мм начинают оказывать влияние механические напряжения, создаваемые в точках крепления ПЭ.
Измерение распределения уровня поляризации по поверхности ПЭ проводилось зондированием пластины диаметром 10мм с разрешением 0,5мм. Для резонаторов ТД [ЭС] -среза, радиусом сферы 150мм., при частоте возбуждения 10 МГц разница между частотами 3-й гармоники основного колебания и его ангармоники составляет 60-75 кГц. Также необходимо отметить, что при использовании конфигурации электродов в ПЭ может возбуждаться два ангармонических колебания. Соотношение интенсивностей этих колебаний зависит от значения угла между направлением зазора электродов и направлением оси 2у. То есть существует такой угол, при котором хорошо возбуждается одно ангармоническое колебание и подавляется другое. Сравнивая амплитудно-частотную характеристику обычного резонатора и резонатора, возбуждаемого на ангармонике можно заметить, что в спектре второго появляется как две ангармоники основного колебания, так и две ангармоники колебания В-моды. Но оба ангармонических колебания В-моды имеют значительно меньшую интенсивность, чем колебание В-моды, возникающее при возбуждении резонатора со сплошным электродом. При этом интенсивность полезного ангармонического не снижается (но только в случае, если значение зазора электродов и угла между направлением зазора и направлением оси 2!у оптимизировано). Этот факт дает возможность использовать такие резонаторы в схемах генераторов без применения дополнительного 1_С-контура, для подавления побочного колебания.
