Влияние крутизны сферического профиля пьезоэлемента на устойчивость двухмодового возбуждения резонатора Текст научной статьи по специальности «Физика»

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И СВЯЗЬ

УДК «1.372.41 С. В. ЗИНАКОВ

Омский НИИ приборостроения

ВЛИЯНИЕ КРУТИЗНЫ

СФЕРИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТА

НА УСТОЙЧИВОСТЬ

ДВУХМОДОВОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

РЕЗОНАТОРА__

Использование в схема* цифровой термокомпенсации двухмодового резонатора позволяет достигнуть максимальной стабильности частоты. Однако двухмодовое возбуждение сопряжено с некоторыми трудностями, в частности, необходимо добиться устойчивого возбуждения уже не одной, а обеих мод колебаний резонатора в интервале температур. Срывов колебаний можно избежать, меняя геометрическую форму пьезо-элемента. В работе исследовано влияние величины радиуса сферы пьезопластины на устойчивость колебаний стабильной и термочувствительной мод.

\ Перспективным методом повышения температур-й ной стабильности частоты в опорных кварцевых гене-ё раторах является цифровая термокомпенсация, ко-I торая позволяет обеспечить стабильность до 10'°вши-| роком интервале температур. Для успешной реали-| зации цифровой термокомпенсации необходимо § максимально точное определение истиннойтемпера-| туры пьезокристалла резонатора.

Наиболее приближенным к идеальному будет яв-ЁЕ1 ляться метод определения температуры по измене-

нию частоты самого пьезоэлемента. В этом случае точность определения температуры определяется лишь точностью измерения частоты, а погрешность, связанная с пространственным совмещением сенсора и пьезокристалла, практически сведена к нулю.

В качестве сигнала термодатчика в [1,2] предлагается использовать разность частот одновременно возбуждаемых третьей и умноженной натри первой механической гармоник кварцевого резонатора 5С-среза. Недостатком этого способа является низкая

Рис. 1.

крутизна температурно-частотной характеристики разностных колебаний (~14Гц/°С). Также в [1] обращается внимание на то, что использование термочувствительной В-моды SC-среза в качестве температурного сенсора нежелательно из-за ее неустойчивого возбуждения в интервале температур, т.е. в отдельных точках температурного диапазона происходит резкое увеличение динамического сопротивления.

Природа провалов, вероятнее всего, заключается во взаимодействии основного колебания с побочными при сближении их частот. На основе экспериментальных данных по резонаторам АТ-среза предположено, что при основном толщинно-сдвиговом колебании наиболее вероятной является «утечка энергии» при взаимодействии с изгибными и кон-, турно-сдвиговым и колебаниями. Степень взаимодействия с этими видами колебаний может быть изменена путем выбора оптимальной геометрической формы пьезоэлемента резонатора [3].

Для исследования влияния радиуса сферического профиля пьезоэлемента на устойчивость колебания термочувствительной В-моды использовались резонаторы ТД-среза (ухЫ/23°25,/34°, аналог SC-среза) с плоско-выпуклыми пьезоэлементами прямоугольной формы (7x10 мм) с радиусами сферы 300, 200, 150 и 100 мм. Проводились непрерывные измерения динамического сопротивления резонаторов в интервале температур (-35... 4- 80)"С. На рис. 1 и 2 показаны температурные зависимости сопротивлений резонаторов с пластинами, имеющими радиус сферического профиля 150 и 100 мм. С увеличением крутизны сферы наблюдается резкое возрастание сопротивления в отдельных точках температурного диапазона. Причем чем меньше радиус сферы, тем значительнее оказывается это возрастание, В резонаторах с пьезоэлементами со сферой 200 и 300 мм резких скачков сопротивления обнаружено не было, во всем интервале зависимость сопротивления от температуры монотонна.

Таким образом, можно предположить, что уменьшением крутизны сферического профиля пьезокри-сталла можно добиться устойчивого возбуждения

Рис. 2.

термочувствительной моды резонаторов среза ТД (SC). Но существует и верхняя граница радиуса сферы, поскольку резонаторы с плоскими пьезоэлементами имеют провалы не только на температурной В-моде, но и на опорной С-моде [3]. Необходимо подобрать оптимальное значение радиуса сферического профиля, при котором происходит устойчивое двухмодовое возбуждение резонаторов ТД(БС)-сре-за в широком интервале температур. В нашем случае это радиус сферы 300 мм. Двухмодовое возбуждение резонаторов со сферой этого радиуса максимально устойчиво.

Библиографический список

1. R.L.Filler, J.R.Vig, Resonators for the Microcomputer Compensated Crystal Oscillator, Proc. 43'" Ann. Symp. on Frequency Control, pp.8-15,1989.

2. S.S.Schodowski, ResonatorSelf-Temperature-Sensing Using ADual-Harmonic-Mode Crystal Oscillator, Proc. 43'" Ann. Symp. on Frequency Control, pp.2-7, 1989.

3.1.V.Abramson, Two-Mode Quartz Resonators (or Digital Temperature Compensated Quartz Oscillators, IEEE Frequency Control Symposium, pp.442-447, 1992.

ЗИНАКОВ Сергей Викторович, научный сотрудник.