Конструкция кварцевого резонатора
Возбуждение колебаний в ПЭ осуществляется электрическим полем, создаваемым с помощью электродов резонатора, подключённых к внешней схеме генератора с источником питания. Форма, расположение и ориентация электродов относительно осей кристалла определяют вид возбуждаемых колебаний и их интенсивность. Колебания сжатия-растяжения и сдвига могут быть возбуждены однородным электрическим полем, создаваемым двумя симметрично расположенными на теле ПЭ электродами [2].
Для эффективного возбуждения колебаний изгиба и кручения необходимо создание неоднородного поля, имеющего противоположные направления в разных половинах ПЭ. При этом возникают противоположные деформации сжатия-растяжения или сдвига, совокупное действие которых вызывает изгиб или кручение. В радиотехнике при создании источников стабильной частоты в основном применяют кварцевые резонаторы с колебаниями сдвига по толщине, как наиболее высокодобротные и высокочастотные по сравнению с кварцевыми резонаторами с другими видами колебаний.
При разработке конструкций толщинно-сдвиговых резонаторов следует исключать возможность возникновения других видов колебаний. Для повышения добротности и уменьшения потерь энергии механических колебаний в местах крепления ПЭ в кварцедержателе по периметру кварцевой пластины делают фаску или придают пластине линзообразную форму. В высокодобротных резонаторах иногда для отделения центральной колеблющейся части ПЭ от используемой для крепления периферийной части формируют концентрические глухие или сквозные канавки.
Электрическое соединение электродов с выводами резонатора через арматуру кварцедержателя производят электропроводным клеем, упругими контактами, пайкой. Качество данного электрического соединения влияет на добротность резонатора. Вакуумированные резонаторы с откачанным из-под кожуха воздухом имеют более высокую добротность, чем газонаполненные. Помимо металлических корпусов широко применяют стеклянные, в последнее время для поверхностного монтажа применяют корпуса с керамическим основанием.
Основные параметры кварцевых резонаторов
Выше уже были рассмотрены некоторые параметры и характеристики кварцевых резонаторов. В данном пункте приводятся параметры, термины и характеристики, которыми необходимо оперировать при выборе и заказе кварцевого резонатора.
Номинальное значение частоты – частота кварцевого резонатора, установленная изготовителем. К номинальной частоте неприменимо понятие нестабильности, она имеет постоянное значение, служащее началом отсчёта для отклонений реальной частоты резонатора.
Рабочая частота – реальное значение частоты колебаний резонатора при включении его в конкретное устройство. Разность между рабочей и номинальной частотами не должна превышать установленного допуска. Допуск принято выражать в относительных величинах, обычно в миллионных долях.
Порядок колебаний (номер гармоники) – номер механического обертона колебаний, необходимый для рабочей частоты.
Резонансная частота – нижняя из двух частот (частота последовательного резонанса) кварцевого резонатора без нагрузки в установленных условиях, при которой электрический импеданс кварцевого резонатора является действительным (резистивным).
Антирезонансная частота – высшая из двух частот (частота параллельного резонанса) кварцевого резонатора в установленных условиях, при которой электрический импеданс кварцевого резонатора является действительным (резистивным).
Частота настройки резонатора – рабочая частота в условиях, оговорённых технической документацией, при которых произведена (должна быть произведена) настройка резонатора по частоте. Например, при заданной температуре настройки, при нагрузочной ёмкости указанной величины.
Точность настройки – разность между значением частоты настройки и номинальным значением частоты при определённой температуре (температура настройки чаще всего выбирается +25 °С). Рабочий интервал температур – интервал температур, в котором рабочая частота резонатора не должна выйти за указанный в технической документации допуск.