Серия «Естественные и Технические науки» # ИЮНЬ  2016

В статье рассматривается один из самых важных параметров кварцевых пьезоэлектрических резонаторов ‒ монотонность температурно-частотных характеристик (ТЧХ), зависящая от качества используемого при производстве пьезокварца, а также от вида конструкции изделия. В результате проведенного исследования было выявлено, что большинство способов, уменьшающих вероятность появления перескоков частоты, приводят к некоторому ухудшению параметров резонаторов. Ключевые слова: Кварцевый резонатор, гармоника, немонотонность, рабочее колебание.

Проблема немонотонности температурно-частотных характеристик (ТЧХ) кварцевых резонаторов известна уже много лет [1, 4]. Наиболее выраженным эффектом в кварцевых генераторах является скачок частоты в относительно узком интервале температур (0,1°С ÷ 3°С), который может варьироваться от Δf / f = 5∙10^-7 до 30∙10^-6. Также возможны аномалии ТЧХ и в более широком интервале температур: от 5°С до 25°С [6].

С такими аномалиями столкнулись также и отечест­венные разработчики [2]. Во время испытаний на полигоне при температуре
t = -18°С произошел отказ аппаратуры. При незначительном изменении температуры (±0,5°С) работоспособность восстанавливалась. В результате анализа было установлено, что именно при этой температуре происходит срыв колебаний кварцевого резонатора.

В следствие всего этого были проведены ис­следования амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) резонаторов в интервале температур, в которых было установлено, что при срыве генерации рабочей часто­ты происходит появление или резкое возрастание амплитуды колебаний находящихся вблизи гармонических частот. Например, при работе резонатора на 5-ой гармонике возникали составляющие вблизи 1, 2, 3, 4, 6 и 7 гармоник а число одновременно работающих частот могло колебаться от трех до пяти. Наибо­лее часто увеличивалась активность 2-ой и 3-ей гармоник. В сумме эти час­тоты дают значение частоты 5-ой гармоники.

В работе [3] получены схожие выводы на основании исследований резонаторов с частотами 75 МГц, работающих на 5-ой гармонике. В спектре сигнала в момент уменьшения активности рабочего колебания гене­ратора возникали составляющие с частотами четных и нечетных гармоник.

Для того, чтобы выявить возможную взаимосвязь между связью рабочей частоты с нежелательными колебаниями изгиба и сдвига по толщине и немонотонностью ТЧХ были проведены исследования АЧХ резонаторов в интервале рабочих температур.

На рис. 1. представлены АЧХ резонатора, работающего на пер­вой гармонике на частоте f_p=20000 кГц, измеренные при температурах 25°С, 30°С и 35°С. При измерении ТЧХ в интервале температур от 25°С до 90°С этот резонатор имел несколько перескоков частоты (рис. 2).

Читать полный текст статьи …

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Вуд А. и др. Провалы активности в кристаллах АТ-среза // Материалы 21 симпозиума по стабилизации частоты. - Вып. 55. - Колорадо, 1967. - С. 254-260.
2. Ливенский Г.А., Пашков C.C. Технический отчет по теме «Исследования и разработка высокостабильных высокочастотных резонаторов» // НИИ Пьезотехники. - М., 1965. - 37 с.
3. Симонов В.Н. Провалы активности в высокочастотных гармониковых кварцевых резонаторах // Электронная техника. - Серия 5. Радиодетали и радиокомпоненты. - Вып. 4 (45). - 1981. - C. 46-49.
4. Франк С. Провалы активности в кварцевых пластинах АТ-среза при высоких уровнях возбуждения // Материалы 21 симпозиума по стабилизации частоты. - Вып. 55. - Колорадо, 1967. - С. 153-159.
5. Frerking М.Е., Paisley B.W., Thomas W.C. Micro-frequency jump design of experiments investigation // the 52nd Frequency Control Symposium Proceedings. - Washington, D.C., 1998. - P. 116-120.
6. Godwin P.F. Jr, Snider G.L. Methods for production screening for anomalous responses in quartz crystals intended for high reliability application // the 31st Frequency Control Symposium Proceedings. - Vol. 67. - Denver, 1977. P. 7895.