Главная Промышленная автоматика.

Срез

АП AT

Вид колебания Изгиб Изгиб Кручение Продольное Сдвиг по контуру «Косой» сдвиг Сдвиг по толщине

Диапазон частот, кГц

1-10

5-100

50-1000

50-200

200-800

300-1000

Выше 500

Таблица 5.1. Параметры ннзкочастртных резонаторов

Днапаэон частот, кГц

Срез» пьезоэлемента

Лк, Ом

rn, 10"

1-2 2-5 5-50

50-100

100-200 200-300

300-500

500-1000

ХБ(В)

ХБ(В)

ХВ(В)

ХВ(Г)

ХВ(Г)

ВП(В)

ХВ(П

ВП(В)

ХТ(В)

ВП(В)

ДТ(В)

ВП(В)

ДТ(В)

ДТ(Г)

АП(В)

ВП(В)

ДТ*(В)

ДТ(Г)

АП(В)

АТ(В)

АТ(Г)

(40-10). 10» (20-5)-10» (5-0,4) • 10» (1-0.2). 10» (2-0,5) • 10» (0.7-0.25) • 10» (5-0.8) • 10» (0.5-0,1)-10» (2.5-0.4). 10»

300-80

400-100

250-70

250-75

600-100

100-20

200-60

200-50

500-100 60-10

300-50

600-100

6-3 2.5-1 2.5-1

5-3 3.5-1.5

15-5 3,5-1.5

15-5 3,5-1.5

3-1 3.5-1.5

8-2,5 1,5-0.5 3.5-1.5

4-15

9-3 1,5-0.5

8-4 16-6

4.5-4 4.5-4

3-1 2.5-1.5

8-7 2.5-1.5

2-1,5 2,5-2

2-1,5 2,5-2 2,5-2 2,5-1

2-1,5 2,5-2 2.5-2 2,5-1

2-1,5

2-1,5

Q. 10»

30-90

30-90 150-1000 150-1000

65-300 150-500

75-300 150-500

75-300 150-450 150-500 150-450 150-500

50-200 250-2000 150-450 100-350

45-170 ?50-2000

60-220

30-80

в скобках указан тип корпуса резонатора: В - вакуумный, Г - гериетизв-роваииый. • Срез Д применяют до 800 кГц.

Основные параметры низкочастотных резонаторов приведены в табл. 5.1. На рнс. 5.1 показана зависимость средних значений реактивного сопротивления статических емкостей резонаторов от частоты. Этот же рисунок иллюстрирует применение срезов в зависимости от диапазона частот.

Динамическое сопротивление низкочастотных резонаторов сравнительно велико: в низкочастотной части диапазона достигает

4Ш 3000 1000

40 30

%\,к0м

.Xff

лт

--АТ

ft s 10 zo so 100 zoo soo

Рис. S.I. Зависимость срединх значений реактивных сопротивлений статической емкости резонаторов от частоты

40кОм. Сростом частоты сопротивление уменьшается. Поэтому меньшие значения сопротивлений табл. 5.1 соответствуют более высоким частотам.

При изменении температуры окружающей среды сопротивление может изменяться в 5 раз. При этом степень изменения в большой мере определяется конструкцией крепления пьезоэлемента и видом припоя. Например, для резонаторов с пьезоэлементом ВП среза применение оловянно-сурьмянного припоя вместо оловян-но-свиицового ослабляет влияние температуры иа сопротивление ?„ примерно в 2 раза, при осевом креплении пьезоэлемента - более чем в 2 раза. Меньшим сопротивлением по сравнению с гермети-знроваипыми обладают вакуумные резонаторы.

Самым малым сопротивлением обладают резонаторы с пьезо-элементамп АП среза, причем сопротивление этих резонаторов мало изменяется в интервале температур - не более 5-10%.

НИЗКОЧАСТОТНЫЕ КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ 5.1. Низкочастотные кварцевые резонаторы

Динамические параметры резонаторов. Низкочастотным считается днапозои частот 1-1000 кГц. В диапазоне 1-1000 кГц используют резонаторы с пьезоэлементами, совершающими колебания изгиба, кручения, продольные колебания (сжатия-растяжения по длине) и колебания сдвига (по контуру, по толщине и «косой» сдвиг). Наиболее высокие электрические параметры резонаторов получают прн использовании следующих срезов и видов колебаний.



Статическая емкость низкочастотных резонаторов одного среза уменьшается с увеличением частоты и составляет 12-20 пФ в диапазоне частот 1-5 кГц, 6-14 пФ в диапазоне частот 5-50 кГц. На частотах выше 50 кГц в зависимости от среза статическая емкость резонаторов следующая:

Срез ...... XT ВП ХВ АП

Статическая емкость, пФ 7-12 5-25 4-10 4-10

Добротность. Характер зависимости добротности низкочастотных резонаторов (см. табл. 5.1) определяется температурной зависимостью динамического сопротивления.

-Л7 -iff -го

io so


Рис. 5.2. Усредненные ТЧХ кварцевых резонаторов различных срезов

TeMnepaTypHo-4acTotHHe характеристики для всех резонаторов, кроме AT, ТЧХ, достаточно точно описываются выражением

/г = аов (-о)=[-6ов (1-о) или

(5.1)

где /э - температура, при которой частота имеет экстремальное (в данном случае максимальное) значение (рис. 5.2).

Температура tg зависит от угла среза пьезоэлемента н отношения его толщины к длине. На значение tg оказывают некоторое .влияние припой (клей), которым пьезоэлемент крепится к держателю, расположение мест крепления и форма пьезоэлемента. При работе иа частотах высших порядков колебаний температура экстремума ТЧХ смещается в область более высоких температур, но значение

коэффициента bQ сохраняется. При сохранении порядка колебаний пьезоэлемента н при перемещении значения /д в области более высоких температур бд несколько уменьшается. Например, для резонаторов ДТ при = 70н-80°С bQ = -1.5 • 10-» CCf.

При соблюдении технологии производства резонаторов разброс /д не превышает ±(3-5) "С.

Для резонаторов AT ТЧХ описывается полиномом третьей степени, т. е. имеет вид кубической параболы.

Значения коэффициента бцд, температуры и отклонения частоты в интервале температур прн разбросе = ±5 °С приведены в табл. 5.2. Настройкой частоты резонатора изменение частоты в интервале температур можно сделать симметричным относительно номинального значения. Из табл. 5.2 видно преимущество по величине температурной нестабильности частоты резонаторов AT.

Временная нестабильность частоты (старение). Допустимые в соответствии с действующими ГОСТ н реальные изменения частоты низкочастотных кварцевых резонаторов от старения приведены в табл. 5.3. Меньшие изменения частоты имеют резонаторы, прошедшие в процессе изготовления термотренировку при соответствующем выборе мест крепления пьезоэлемента. Например, в (148] приводятся сведения о-том, что резонаторы ДТ с краевым креплением пьезоэлемента н малым отношением ширины к длине имеют изменение частоты во времени не более ±(1-2) • 10- за несколько лет.

Малое старение характеризует вакуумные резонаторы АП: изменение частоты за 3 года в режиме хранения (0.5-1) • 10-».

Уход частоты резонаторов от механических воздействий в большой степени зависит от поддиапазона частот. Резонаторы с частотами 50 кГц достаточно устойчивы к механическим воздействиям, они выдерживают одиночные удары до 1000 н длительную вибрацию до 5000 Гц с ускорением 20-30, прн этом изменение частоты ± (5-,10) 10-е. Резонаторы низкочастотного поддиапазона обладают меньшей механической устойчивостью, и уходы частоты от механических воздействий ±20 • 10-». Лучшую механическую устойчивость имеют бескаркасные резонаторы, так как собственные резонансные частоты их, как правило, находятся вне диапазона частот механических воздействий.

Мощность рассеяния. Особенно сильное влияние на частоту оказывает мощность рассеяния у резонаторов, с колебаниями изгиба (срезы ХБ и ХВ поддиапазона частот 1 - 100 кГц). При увеличении рассеиваемой мощности частота резонаторов, работающих с колебаниями первого порядка, повышается. Изменение частоты резонаторов прн изменении мощности рассеяния больше у резонаторов с линзовыми пьеэоэлементамн. Данные о допустимой мощности рассеяния для различных резонаторов приведены в табл. 5.4.

В табл. 5.5 приведены сведения о габаритных размерах и типах корпусов низкочастотных резонаторов. В табл. 5.6 приведены параметры некоторых типов низкочастотных резонаторов [97. 105. 148].

Паразитные колебания пьзооэлсмента. Побочные колебания у низкочастотных резонаторов с различными срезами пьезоэлемеитов и различными видами колебаннн различаются по интенсивности, расположению по отношснпю к оснопному колебанию. У резонаторов с.пьезоэлемеитамн среза ХБ и ХВ частоты побочных колебаний превышают частоту основного примерно в 5 раз, нх интенсивность



Таблица 5.2. Параметры ТЧХ резонаторов

Температурная нестабильность, 10-",

Диапазон частот, кГц

Срез пьезоэлемента

*09-10-».

Г.. -С

в интервале температур

(1/°С)

(:-0-+60) °С

(-40Ч-+70) "С

( -60--1-90) С

-(3.5-4)

0-35

- (70-80)

- (150-170)

- (250-285)

-(3-4)

0-35

-(60-80)

- (125-170)

-(215-285)

5-12

-(3,5-4)

0-30

-(70-80)

-(150-170)

- (250-285)

12-16

-(3-3.5)

0-60

- (60-70)

-(125-150)

-(215-250)

16-50

-(2,5-3)

0-60

-(50-60)

-(105-125)

- (180-215)

-(2,5-3)

0-60

-(50-60)

-(105-125)

-(180-215)

50-100

-(1,6-2,7)

0-100

-(35-55)

-(70-120)

- (115-200)

1 XT

-(3-4,5)

0-50

-(60-90)

- (125-190)

- (215-320)

100-200

] ВП

-(1,6-2,7)

0-100

-(35-55)

- (70-120)

-(115-200)

1 XT

-(3-4,5)

0-50

- (60-90)

- (125-190)

-(215-320)

200-300

/ ВП

-(1,6-2,7)

0-100

- (35-55)

- (70-120)

-(115-200)

1 дт

-(2-2,5)

-30-f"f 100

- (40-50)

- (85-110)

-(145-180)

-(1,6-2,7)

0-100

- (35-55)

-(70-120)

-(115-200)

300-500

-(2-2,5)

-30-v"f 100

- (40-50)

-(85-110)

-(145-180)

- (1.5-2,5)

-30-4-flOO

-(30-50)

- (65-110)

-(110-180)

-(1.6-2.7)

0-100

- (35-55)

- (70-120)

- (115-200)

500-1000

-(2-2,5)

-30- + 100

- (40-50)

-(85-110)

-(145-180)

- (1,5-2,5)

-30- + 100

- (30-50)

- (65-110)

- (110-180)

AT

20-100

±(10-15)

±(20-30)

±(30-50)

• Срез ДТ применяют до 800 кГц.

Таблица 5.3. Изменение частоты низкочастотных резонаторов во времени и из-за механических воздействий

Диапазон частот, кГц

Срез пьезоэлемента

Изменение частот", 10-*

реальное

допустимое

1 о

ХБ(В)

±10

±30

5-10

ХВ(В)

±5

±25

±15

±30

10-50

ХВ(В)

±5

±20

±(10-15)

±15

±30

I ХВ(В)

±5

±20

±10

±15

±30

СЛ 1 лл

ХВ(Г)

±20

±40

±10

±40

±75

ои-1 ии

1 ВП(В)

±5

±(10-20)

±(5-10)

±15

±30

1 ХТ(В)

±15"

±30

±10

±15

±30

!ПЛ ОЛЛ

/ ВП(В)

±(10-20)

±(5-10)

±15

±30

I ии-ZUU

1 ХТ(В)

±15**

±30

±10

±15

±30

9ПЛ ЧЛЛ

f ВП(В)

±5

±(10-20)

±(5-10)

±15

±30

ZUU-оии

t ДТ(В)

±(10-15)

±25

±(5-10)

±15

±75

г ВП(В)

±5

±(10-20)

±(5-10)

±15

±30

ДТ(В)

±(10-15)

±25

±(5-10)

±15

±30

оии-оии

ДТ(Г)

±35

±75

±10

±40

±75

1 АП(В)

±(2-2.5)

±5

±1

±15

±30

ВП(В)

±(10-20)

±(5-10)

±(10-15)

±(20-30)

ДТ(В)

±(10-15)*

±25

±(5-10)

±15

±30

500-1000

Д(Г)

±35

±75

±10

±40

±75

АП(В)

±(2-2.5)

±5

±1

±(10-15)

±(20-Зр)

АТ(В)

±(3-5)

±(5-10)

±5

±(10-15)

±(20-30)

i АТ(Г)

±10

±20

±(5-10)

±(20-25)

±(35-50)

Приме1{ания: В скобках указан тнп корпуса резонатора: В -вакуумный, Г - герметизированный. Изменение частоты: о-за I год. б -за 10 лет, в -нз-за механических воздействвВ. • Срез ДТ применяют до 800 кГц. •* Для лучших типов резонаторов. 9ТН значения соответственно ±510-*-!- ±1,5.10-* за 1 год.





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

0.0036