Кварцевая стабилизация частоты АГ с частичной параметрической стабилизацией

Кварцевая стабилизация частоты АГ достигается включением в схему АГ по определенным правилам кварцевого резонатора.

Кварцевый резонатор изготавливается из кварца. Кварц это окись кремния (). В природе он встречается в виде кристаллов двух видов, именуемых α – кварцем и β – кварцем. Первый вид (α – кварц) обладает прямым и обратным пьезоэффектами, второй вид (β – кварц)- пьезоэффектом не обладает. При нагреве α – кварц постепенно теряет свои пьезо свойства и переходит в свою вторую модификацию.

Кварц α-типа встречается в природе в виде кристаллов, представляющих собой почти правильную шестиугольную призму, увенчанную шестигранными пирамидами. Через вершины пирамид и призму проходит оптическая ось «z» (рис.2). Сечение призмы, перпендикулярное оптической оси, имеет вид правильного шестиугольника.

Рис.2.

Перпендикулярно его граням проходят механические оси «y», а через вершины – электрические оси «x». Всего можно провести три механических и три электрических оси. Оптическая ось z вместе с механической осью и соответствующая ей электрическая ось образуют декартовую систему координат.

Для получения кварцевого резонатора из кристалла кварца вырезаются пластинки под определенными углами к осям . Эти пластинки получили название «срезов» (рис.3).

Рис.3.

Y и X срезы являются простыми и наиболее старыми по времени появления. АТ-срез является сложным и появился значительно позже. Он выполняется под углом к плоскости z-x.

Как и сам α-кристалл пластинки, обладают прямым и обратным пьезоэффектами. Сущность прямого и обратного пьезоэффектов заключается в следующем.

Если в кварцевой пластине имеют место механические колебания, то на ее противоположных поверхностях появляются меняющиеся электрические заряды противоположных знаков.

Если к кварцевой пластине с помощью нанесенных на противоположные стороны проводящих поверхностей подвести переменное электрическое напряжение, то в кварцевой пластине появятся механические колебания, которые, в свою очередь, вызовут появление меняющихся зарядов на ее внешних поверхностях. В замкнутой цепи появляется ток, который называется пьезотоком

.

Величина пьезотока тем больше, чем с большей амплитудой колеблются поверхностные слои кварцевой пластины. Кварцевая пластина становится как бы проводящей. Величина пьезопроводимости определяется соотношением

.

Совершенно очевидно, что при максимальная проводимость кварцевой пластины будет появляться, когда противоположные поверхности будут колебаться с максимальной амплитудой и в противоположном направлении. Это условие будет выполняться, если по толщине кварцевой пластины будет укладываться половина длины волны, либо нечетное количество полуволн (рис.4.а,б).

а) б)

Рис.4.а,б.

В первом случае кварцевый резонатор будет работать на основной частоте, а во втором случае - на одной из нечетных гармоник основной частоты (на рис.4 показана 3-я гармоника).

Кроме пьезотока через кварцевый резонатор течет емкостной ток . Он обязан своим появлением емкости , образованной обкладками кварцевой пластины. В качестве диэлектрика выступает кварц. Полный ток, протекающий через пластину кварца и внешнюю замкнутую цепь, запишется в виде

В зависимости от типа среза в кварцевой пластине могут развиваться разные виды механических колебаний: колебания типа сжатие-растяжение, типа сдвига, изгиба, скручивания. Однако только один вид колебания является для данного среза основным. Другие виды колебаний являются побочными. При закреплении кварцевой пластины в корпусе стремятся не вносить затухания в основной вид колебаний, но одновременно внести максимальное затухание в другие побочные виды колебаний, а также в колебания на нерабочих гармониках. На рис.4,а показан способ закрепления кварцевой пластины с колебаниями типа сдвига на основной частоте, а на рис.4,б - на его третьей гармонике. В колебательные процессы типа изгиба и скручивания внесены большие потери выбранным способом закрепления. Закрепление пластины выполняется в специальном корпусе из стекла, пластмассы или металла.

Дата добавления: 2015-07-24