Главная  Пьезоэлектрический резонатор 

[ 0 ] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38]

Пьезоэлектрический резонатор - прибор, представляющий собой одну или несколько электромеханических резонансных систем пьезоэлектрического типа. Пьезоэлектрические резонаторы различают: по назначению (генераторный, фильтровый и др.); по заполнению внутреннего объема «орпуса (негерме-тиз1иро1ванный, герметизированный, взКуумиый и др.), по порядку колебаний пьезоэлемента (1, 2...), по числу электромеханических резонансных систем (одинарный, сдвоенный и др.).

Герметизированный резонатор - резонатор, давление внутри корпуса которого мало отличается от атмосферного и обычно составляет 10-30 кПа. Корпус герметизированного резонатора может запошняться аргоном.

Вакуумный, резонатор - резонатор, давление внутри корпуса которого ниже атмосферного, обычная степень разрежения составляет 0,27-0,4 Па.

В некоторых случаях баллон вакуумного резонатора наполня-

гелием до давления 13-2700 Па. При этом не наблюдается уменьшения добротности. Наполнение баллона гелием способст-Ует улучшению теплопередачи от стенок баллона к пьезоэлемен-



ту п приводит к уменьшению времен.-установления теплового равновесия в рези». ио и при использовании термостатов для ре.

Кварцевый резонатор - пьезоэлекть у-с"

тор, основным элементом которого является жварцевый кристаллический элемент - электромехаяическая колебательная система, всегда состоящая из держателя и смонтированного в нем вибратора. "~

Кристаллический элемент - элемент пьезоэлектрического резонатора «з пьезокерамика, имеющий определенную форму, размеры и срез.

Пьезоэлемент - кристаллический элемеет пьезоэяектри-чеокото резонатора с электродами.

Электрод пьезоэлектрического резонатора - токопроводящая пластина Или пленка, контактирующая с поверхностью кристаллического элемента -или расположенная -вблизи яее. При помощи этой пластины или пленки к кристаллическому з элементу прикладывается электрическое поле, возбуждающееопределенный 1НИД колебаний пьезоэлемента.

Электроды чаще всего представляют собой токопроводящую пленку из никеля, серебра или золота, наносимую непосредственно или через подложку на поверхность кристаллического элемента. Эта пленка наносится путем испарения металлов в вакууме или другим способом. Металлические электроды обеспечивают равномерное расиределение электрического поля по всей поверхности кристалличеокого элемента.

Срез кристаллического элемента - ориентация кристаллического элемента относительно кристаллографических осей кристаллического пьезоэлектрика.

Вибратор - пьезоэлемент с отводами.

Отвод - токопроводящая деталь,. соединяющая электроды с выводами пьезоэлектрического резонатора. Отводы служат для электрического соединения электродов кристаллического элемента с каркасом держателя и механического закрепления кристаллического элемента.

. Держатель - устройство для крепления и электрического монтажа пьезоэлемента или пьезоэлектрического вибратора.

Кожух герметизированного резонатора - ме-j пластмассовая или керамическая деталь, служаща, пьезоэлемента или вибратора от влияния внеши

ьтеля, служащая для крепления пьезо-

талличеокая, для защиты воздействий. Баллон

резонатора - стеклянная де пьезоэлемента или вибратора oi

основание и кожух или баллон]

вакуумного таль, служащая для защиты ВЛИЯНИЯ внешних воздействий.

Корпус реЗОЯ атора - резонатора, соединенные вместе.

Основание резонатора - часть держателя пьеэоэлек-j трического резонатора, служащая для крепления каркаса держа- теля 1и выводов пьезоэлектричес!К01го резонатора.

а.

.ержателя, соединяющая пьезоэлемент или -ЛекК--*йй вибратор с внешней электрической цепью, дтя распиловки кристалла кварца па срезы, ориентированные под различными углами к кристаллографическим осям, и нх последующей шлифовки применяется высокопроизводительное обо-иудование - распиловочные и шлифовальные станки разных типов При ориентировке срезов используется свойство кристаллической решетки кристалла кварца отражать рентгеновские лучи всегда под определенным углом. Для этого сконструированы специальные установки, называемые рентгеногониометрами. По шкале рентгеногониометра определяют угол среза пьезоэлемента в градусах и минутах.

в" практике используются десятки срезов кристаллических элементов, удовлетворяющих всему многообразию требований к кварцевымрезонаторам как по параметрам, так и по их геометрическим размерам, часто лимитируемым конструкцией аппаратуры., Различные конструкции держателя пьезоэлектрических резонаторов применяются в зависимости от частоты и вида колебаний кристаллического элемента.

В книге приведены расчеты кристаллических Элементов различных срезов. При расчетах определяются геометрические размеры кристаллических элементов для заданной резрнансной частоты и другие параметры кварцевого резонатора в зависимости от его назначения и характера работы. Кварцевые резонаторы, предназначенные для работы в фильтрах, должны рассчитываться с учетом заданных эквивалентных параметров схемы фильтра. В соответствии с этими требованиями при расчетах подбираются геометрические размеры кристаллического элемента.

Производство пьезоэлектричеоких кварцевых резонаторов состоит из разнохарактерных технологических процессов с использованием большого количества разнообразного оборудования и приборов. В книге такого объема оказалась невозможным рассмотреть с одинаковой полнотой все вопросы кварцевого производства и, связанные с ними вопросы пьезотехники. При -изложении материала предпочтение и в этом издании отдавалось объяснению физической сущности процессов и явлений.

Приведенные в книге сведения о работе оборудования и приборов, используемых в технологических процессах, даны для общего ознакомления. Для более подробного ознакомления следует обратиться к техническим описаниям.

Автор выражает нризнательность канд. техн. наук Г. М. Драб-«ину за полезные замечания, сделанные им прп рецензировании рукописи. Замечания и пожелания по книге просьба направлять по адресу: Москва, 101000, Главпочтамт, а/я 693.

Автор



Введение!

Пьеэоэффект известен с конца .прошлого столетия. В 1880 г. его открыли французские ученые братья Пьер и Жак Кюри. Счастливое сочетание Специальностей братьев Кюри (Пьер Кюри - физик, Жак Кюри - минералог), как нельзя лучше соответствовавшее содержанию их работ, привело « открытию явления пьезоэлектричества, недостаточно оцененному в первое время. Работая Над пироэлектрическими явлениями (электризация при изменении температуры некоторых кристаллов), братья Кюри обнаружили Возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллов кварца, вызываемых грузом, помещенным на этой поверхности. Заряды были пропорциональны по значению ириложенно-Му грузу, т. е. оказываемому им давлению. Это явление электрической поляризации, вызываемое механичеокой деформацией в определенных на.правлениях, получило название пряМОго п ьезоэлектрического эффекта.

Французский физик Липпман в 1881 г. «после ознакомления с работами Кюри предположил существование обратного пьезоэф-фекта. В том же году братья Кюри подтвердили экспериМенталь-но, что под действием приложенного электрического иоля в кварцевом кристалле возникают механические деформации. Это явление стало называться обратным п ь е з о э ф ф е к т о м.

Русские ученые та-кже изучали свойства кварца. Так, выдающийся физик академик А. Ф. Иоффе в 1915 г. получил степень доктора физими за исследование упругих и электрических свойств кварца.

Слово «пьезо» (piezo) древнегреческого происхождения и означает «давлю». Термином «пьезоэлектричество» обозначено электричество, возбужденное на поверхности кристаллов иварца давлением. Следует отметить, что прямой и обратный пьезоэффекты в -кристалле кварца выражены чрезвычайно резко.

Было обнаружено существование пьезоэффекта и в кристаллах других видов, как, например, турмалин, сегнетова соль.

Возникновение пьезоэлектрического эффвкта в группе кристаллов, имеющих особого вида кристаллическую структуру, Можно» Объяснить деформацией нх кристаллической решетки под действием электрического поля или механических сил, в результате чего возникающие напряжения нарушают внутреннее равновесие в кристалле. Это обусловлено тем, что кристаллические решет-6

нестэтические оиг": i, tan как 1их состояние может изменяться под воэдейст- ..д различных факторов.

Долгое Boew ••езоэффект оставался только любопытным яв-дeн•" -- " имел практического применения. Лишь че-

полСТОлегИя после его открытия явление пьезоэффекта стали использовать для технических целей.

французский математик и физик Поль Ланжевен первым применил пьезоэлектрические свойства кристалла Кварца на практике. Им был предложен прибор для подводной сигнализации пря помощи ультразвуковых колеба!ний. Здесь кристаллический элемент использовался как излучатель и приемник ультразвуковых колебаний под водой. Посредством обратного пьезоэффекта возбуждались колебания группы кристаллических элементов. В воду излучались продольные ультразвуковые колебания. Отраженные колебания, попадая на кристаллические элементы, возбуж;дали на их поверхности переменную ЭДС, Которая усиливалзсь ламповым усилителем и принималась оператором. Этот прибор широко применялся в качестве эхолота с пьезоиварцевьш излучателем-приемником и отличался высокой точностью измерений. • В 1923 г. американский ученый У. Кэди проводил исследования по стабилизации частоты генераторов. Он обратил внимание на то, что колеблющаяся с резонансной частотой пластина, вырезанная из Кварца, оказывает стабилизирующее действие на переменное электрическое поле, возбуждающее колебания пластины. Это привело К созданию кварцевого резонатора. К этому же времени относится начало разработки технологии производства резонаторов из Кварца.

В дальнейшем были созданы схемы пьезоэлектрических генераторов с кварцевым резонатором как механически колеблющимся элементом, где возбуждались незатухающие колебания. Частота кварцевого генератора определялась пара>метрами колеблющегося кварцевого резонатора. В этих схемах, используемых для получения колебаний постоянной частоты, кварцевый резонатор работал в качестве элемента колебательной системы.

Многие измерительные приборы работают с помощью кварцевых генераторов, обеспечивающих высоКую точность измерений. Сконструированы специальные стандарты частоты пли первичные эталоны частоты с генератором, стабилизированным прецизион-яым кварцевым резонатором. Как уже указывалось, пьезокварце-вая пластина используется как резонатор в эхолоте для обнаружения находящихся в воде объектов, исследования рельефа морского дна, определения местонахождения рифов и отмелей, что позволило создать точнейшие карты морских глубин.

Так как относительное изменение частоты кварцевой пластины под Влиянием температуры при соответствующей технологии ее изготовления может быть сведено до минимума и исчисляется - значениями 10 и меньше, был создан прибор для точного измерения времени и частоты - так называемые кварцевые часы. кварцевых часах для измерения времени используются пьезо-



[ 0 ] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38]

0.0008