Кварцевых резонаторов

ИМС 219ГС1 и 219ГС2 предназначены для кварцевых генераторов (с внешним кварцевым резонатором). Первая из них работает на частотах 30—70 МГц, вторая — на частотах до 30 МГц. На ИМС 219ГСЗ можно выполнить генератор частотно-модулированных колебаний с диапазоном рабочих частот 13—15 МГц. ИМС К237ГС1 применяют в качестве генераторов тока стирания и подмагничивания в магнитофонах.

Дальнейший шаг в микроминиатюризации и приемоусили-тельных трактов состоит в использовании элементов функциональной электроники, например: микроэлектронных пьезоэлектрических фильтров ( 1.23), микроэлектронных кварцевых генераторов ( 1.24), гибридных интегральных микросхем частотно-избирательных устройств ( 1.25), что является по существу шагом к созданию аналоговых радиоэлектронных средств пятого поколения. Использование активных и цифровых /?С-фильтров, распределенных RL-, RC- и /??С-структур, электротепловых функциональных элементов, кварцевых фильтров особенно перспективно для создания частотно-избирательных узлов и приемоусилительных трактов.

Добротность кварцевых пластин достигает сотен тысяч, поэтому стабильность частоты кварцевых генераторов значительно больше, чем у обычных генераторов.

В ряде случаев, например при конструировании высокостабильных кварцевых генераторов, требуется поддерживать определенную температуру внутри рабочего объема с точностью до 0,01—0,001 °С при изменении температуры окружающей среды от —60 до +70°С. В этом случае делают двойной термостат. Внутри первого («грубого») термостата поддерживают температуру с точностью (0,5ч-2)°С, при этом внутри второго термостата удается поддерживать температуру с высокой точностью.

При постоянном и стабильном значении Т0 код N прямо пропорционален fx. Точность измерения частоты fx зависит от точности задания интервала То. Современные цифровые частотомеры в качестве датчика интервала времени содержат высокочастотный генератор, снабженный делителем частоты, на выходе которого и получают импульсы с периодом Т0. Стабильность частоты кварцевых генераторов очень высока —• изменение частоты после ее подстройки не превышает 10~5 % за 10 дней, поэтому цифровые частотомеры позволяют измерять частоту и связанные с ней величины с очень высокой точностью, а отсчетные устройства частотомеров содержат до семи декад. Однако изменение частоты кварцевого генератора — не единственный источник погрешности цифрового частотомера. Другой составляющей погрешности является дискретность преобразования интервала времени Т0 в код N. Эта погрешность проявляется в том, что при одних и тех же значениях Т0 и N значение fx может быть разным и находиться в некоторых пределах: на 9.17, а

В некоторых материалах ориентация молекул под действием поля сопровождается структурными изменениями, что приводит к изменению размеров образца. Эти явления носят обратимый и необратимый характер и позволяют создавать линейные и нелинейные устройства. Подобные процессы называются пьезоэлектрическим эффектом, а материалы, в которых наблюдается явление пьезоэффекта, — пьезоэлектриками. К таким материалам относится турмалин, кварц, сегнетова соль, цинковая обманка и др. На пьезоэлектрическом эффекте основана работа некоторых радиотехнических функциональных приборов — кварцевых генераторов и кварцевых фильтров. К функциональным приборам относятся также ультразвуковые линии задержки, работающие на объемных акустических волнах. Эти устройства позволяют задерживать сигналы на время от долей микросекунды до десятков миллисекунд. Широко используются твердотельные линии задержки из плавленого кварца, стекла и металлов.

В прецизионной аппаратуре можно применять специальные мостиковые схемы кварцевых генераторов, которые позволяют получить малые коэффициенты относительной нестабильности (10~7—10~8). Дальнейшее повышение стабильности кварцевых генераторов возможно при помещении их в термостаты.

К недостаткам кварцевых генераторов относится невозможность плавной перестройки по частоте и сравнительно ограниченный диапазон генерируемых частот, определяемый геометрическими размерами пластин. Верхним пределом считается частота 30 МГц (толщина пластины порядка 0,3 мм).

В схемах промышленной электроники часто используют то обстоятельство, что колебания кварцевых генераторов позволяют выделить большое количество высших гармоник (100—150 и более), стабильность которых, естественно, соответствует стабильности основной частоты. Для расширения частотных пределов широко применяют схемы с многократным умножением и делением частоты.

Для особо точных измерений частоты высокостабильных источников сигнала (например, кварцевых генераторов, синтезаторов), частота которых совпадает с выходной частотой квантового стандарта частоты, последний используется как индикатор сравнения. Намерение выполняется так. Кварцевый генератор стандарта отключается, а вместо него включается источник измеряемой частоты. В соответствии с процессами, происходящими в стандарте, измеряемая частота синтезируется до частоты квантового перехода данного стандарта, сравнивается с ней в смесителе, на выходе которого получается разностная частота, измеряемая с помощью электронно-счетного частотомера. По его показанию вычисляется искомая частота. Таким способом поверяются рубидиевые и цезиевые стандарты частоты по водородному стандарту. Например, стандарт типа 41-46 в режиме сравнения (измерения) частоты внешнего источника обеспечивает погрешность измерения ±7-10~и за 1 с, ±7-Ю-12 за 10 с и ± 7-Ю-13 за 100 с.

Метод кварцевого датчика основ а н на измерении отклонений резонансной частоты кварцевого кристаллического резонатора, работающего в определенном колебательном режиме, которые обусловлены изменением массы кварцевой пластины. На протяжении многих лет этот эффект используют при изготовлении кварцевых генераторов; кроме того, широко распространена методика подгонки требуемой резонансной частоты кристалла путем налыления пленки определенной толщины.

Кварцевая стабилизация частоты заключается в применении кварцевых резонаторов, что дает очень низкую нестабильность частоты, обычно порядка 10~8.

Для всех основных разновидностей фильтров лучшие параметры получаются в LC-, чем в ЛС-стру-ктурах. Отметим, что очень высокие значения добротности характерны для акустоэлектронных элементов, в частности для кварцевых резонаторов.

Кварцевый резонатор представляет собой однородную пластину монокристалла кварца. Чаще всего в кварцевом резонаторе возбуждаются продольные колебания (объемные акустические волны) по типу сжатие — растяжение. Основным электрическим параметром кварцевых резонаторов является резонансная частота, которая жестко фиксирована. Основной размер, определяющий частоту колебаний кварцевого резонатора,—длина пластины. Кварцевые резонаторы обладают наибольшей стабильностью частоты.

Помимо кварцевых резонаторов в последние годы широкое применение получают акустоэлектронные элементы на основе других пьезоактивных материалов. В таких элементах могут быть возбуждены не только объемные акустические волны, но и изгибные, сдвиговые, поверхностные, крутильные и др. В низкочастотных акустоэлектронных элементах используются изгибные, а в высокочастотных — поверхностные акустические волны.

Помимо кварцевых резонаторов находят применение и другие элементы акустоэлектроники в генераторах специального назначения. Для генерации сигналов низких частот можно использовать акусто-электронные элементы, работающие на из-гибных колебаниях, а также ЛС-цепи. Самое широкое распространение в современной электронике получили низкочастотные синусоидальные 7?С-гене-раторы.

мощью устройства 7 производится формирование сигнала синхронизации, а также ряда вспомогательных импульсов, не показанных на схеме. Из 11.7 видно, что f\ — fnol,Z = 2/кг = fCTp2. Такое построение синхрогенератора обеспечивает жесткую связь между некратными между собой частотами строк fcrp и полей /пм(/стр = fпол(2/2), Z— нечетное число). Формирующее устройство 7, используя импульсные сигналы, поступающие с промежуточных точек делителей частоты 2 и 3, и типовые логические схемы, формирует импульсные сигналы, частота следования которых, а также длительность и временные положения кратны периоду основной частоты Г0 = l/fo. При этом стабильность временных параметров СС определяется только стабильностью опорного генератора /. Последний, как правило, строится на основе кварцевых резонаторов с температурной стабилизацией.

Факсимильная аппаратура допускает автономную синхронизацию строчной развертки. В большинстве ФА используется барабанная развертка, при этом механическое вращение барабана осуществляется от синхронного электродвигателя, а частота вращения барабана прямо пропорциональна частоте напряжения, подаваемого на обмотки электродвигателя от автономного ЗГ. Поскольку высокая стабильность частоты ЗГ при использовании кварцевых резонаторов обеспе-

Конструкция приемопередатчика на дискретных ЭРЭ и ИС (см. 8.72) отличается свободной компоновкой. Как и в предыдущей конструкции, применена малогабаритная антенна. Экранирована только часть узлов, что облегчает доступ к отдельным ЭРЭ. Для облегчения замены ИС и частотно-задающих узлов (кварцевых резонаторов) предусмотрены розетки разъемных

4. Принимая добротность кварцевых резонаторов Q=1500, что в большинстве случаев приемлемо, вычисляют коэффициент потерь /jn=2/V(QAFT).

Тра AF", принимая ВО внимание пара- 3.13. Рабочее затухание метры кварцевых резонаторов (некото- фильтра в различных шка-

а) длина пластин, выполненных из виннокислых калия и эти-лендиамина, меньше длины кварцевых пластин, рассчитанных на ту же частоту. Кроме того, они позволяют получать фильтры со значительно большей шириной полосы пропускания, однако для таких резонаторов характерно большое число дополнительных резонансов, что затрудняет их использование в фильтрах;