Генераторы с кварцевой стабилизацией частоты. Пьезоэлектрические элементы.

Ква́рцевый генера́тор — автогенератор электромагнитных колебаний с колебательной системой, в состав которой входит кварцевый резонатор. Предназначен для получения колебаний фиксированной частоты с высокой температурной и временной стабильностью, низким уровнем фазовых шумов.

Очень важным требованием, предъявляемым к генераторам, является стабильность частоты генерируемых колебаний. Большой стабильности можно достичь, если применить способ кварцевой стабилизации, основанный на применении кварцевого резонатора. Кварцевые пластины резонатора обладают пьезоэлектрическим эффектом, который бывает двух видов:

--прямой пьезоэффект -- при растяжении или сжатии кварцевой пластины на её противоположных гранях возникают равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды, величина которых пропорциональна давлению, а знаки зависят от направления силы давления

--обратный пьезоэффект - если к граням кварцевой пластины приложить электрическое напряжение, то пластина будет сжиматься или разжиматься в зависимости от полярности приложенного напряжения.

Эквивалентная схема кварцевого резонатора показана на рисунке. Из рисунка видно, что кварц может быть эквивалентом, как последовательного колебательного контура, так и параллельного. На частоте f₀₁ происходит резонанс напряжений. Эта частота определяется по формуле: . На частоте f₀₂ происходит резонанс токов, и эта частота определяется по формуле:

Таким образом, кварцевый резонатор можно включать вместо конденсатора, либо вместо катушки в контуре. При использовании кварцевого способа стабилизации коэффициент относительной нестабильности достигает 10_-7 - 10_-10.

Пьезоэлемент (ПЭ) - тело из пьезоэлектрика определенных размеров, геометрической формы и ориентации относительно основных кристаллографических осей (или направления поляризации в случае пьезокерамики, имеющее проводящие обкладки (электроды). Пьезоэлемент представляет собой электрический конденсатор с твёрдым (кристаллическим или керамическим) диэлектриком. Особенностью такого конденсатора является наличие пьезоэлектрических свойств у диэлектрика, заполняющего пространство между электродами. Для более эффективной поляризации объема пьэзоэлектрика используют электроды, покрывающие всю площадь граней пьезоэлемента, а для создания равномерно распределенного механического напряжения - накладки из упругого материала, хорошо прилегающие к граням пьезоэлемента.

Пьезоэлемент:
1 - пластина из пьезоэлектрика;
2 - электроды из проводящего матариала, наложенные на грани пластины

Дата добавления: 2015-10-16