кварцевый резонатор-термостат

Формула изобретения

Кварцевый резонатор-термостат, содержащий вакуумированный корпус, внутри которого закреплено опорное основание с размещенным на нем транзистором для регулирования тока подогрева, а также контактными лепестками, в которых установлена пьезопластина с нанесенными на нее возбуждающими электродами, нагревателями и датчиком температуры, отличающийся тем, что опорное основание выполнено в виде диэлектрического кольца с расположенными на нем контактными лепестками и местами закрепления его в вакуумированном корпусе, а транзистор установлен на металлической пластине, закрепленной на диэлектрическом кольце в промежутках между контактными лепестками и местами закрепления диэлектрического кольца в вакуумированном корпусе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в устройствах стабилизации частоты.

Известен кварцевый резонатор-термостат (КРТ), содержащий размещенную в вакуумированном корпусе пьезопластину (ПП) с нанесенными на нее возбуждающими электродами, а также пленочными нагревателями и датчиком температуры, служащими для статирования пьезопластины при заданной температуре, обычно соответствующей экстремуму ее температурно-частотной характеристики [1] Этот КРТ обладает малым временем готовности, обусловленным размещением нагревательных элементов непосредственно на ПП. Недостатком его является значительная температурная нестабильность частоты, вызванная тепловыми градиентами по поверхности ПП вследствие интенсивного теплооттока от нагревателей в окружающую среду через систему крепления ПП.

Из известных устройств наиболее близким к заявляемому является КРТ, содержащий размещенное в вакуумированном корпусе металлическое основание, на котором при помощи изолированных от основания контактов монтируется кварцевая ПП с нанесенными на нее возбуждающими электродами, нагревателями и датчиком температуры, а также транзистор системы терморегулирования, расположенный в центре основания и служащий для регулирования тока через пленочные нагревателя [2] Благодаря размещению внутри КРТ транзистора, рассеивающего в стационарном тепловом режиме значительную мощность, вызывающую дополнительный нагрев объема КРТ, достигается существенное уменьшение теплового потока от пленочных нагревателей в окружающую среду через крепление ПП, что приводит к резкому уменьшению температурных градиентов по ПП и как следствие к заметному повышению температурной стабильности КРТ.

Однако такой кварцевый резонатор имеет относительно большое время готовности, обусловленное длительным установлением стационарной температуры металлического основания, нагреваемой установленным на нем транзистором, что вызвано значительной теплоемкостью и сравнительно низкой теплопроводностью основания. При этом применение для изготовления основания металлов с высокой теплопроводностью приводит к увеличению теплооттока от ПП и транзистора через основание в окружающую среду, а существенное уменьшение массы основания за счет уменьшения толщины невозможно из-за возникающих при этом сложностей с закреплением в нем изолированных контактов.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в создании КРТ, лишенного недостатков,свойственных прототипу. Технический результат, который дает осуществление изобретения, состоит в уменьшении времени готовности КРТ без увеличения его потребляемой мощности и ухудшения температурной стабильности частоты.

Это достигается тем, что в КРТ, содержащем вакуумированный корпус, внутри которого закреплено опорное основание с размещенным на нем транзистором для регулирования тока подогрева, а также контактными лепестками, в которых установлена пьезопластина с нанесенными на нее возбуждающими электродами, нагревателями и датчиком температуры, опорное основание выполнено в виде диэлектрического кольца с расположенными на нем контактными лепестками и местами закрепления его в вакуумированном корпусе, а транзистор установлен на металлической пластине, закрепленной на диэлектрическом кольце в промежутках между контактными лепестками и местами закрепления диэлектрического кольца в вакуумированном корпусе.

Новым в изобретении является конструкция опорного основания. Указанный выше технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.

На фиг. 1 показана конструкция КРТ (без внутренних соединений); на фиг. 2 схема включения КРТ в кварцевый генератор.

КРТ содержит вакуумированный корпус 1 (показан со снятым кожухом), в котором располагается диэлектрическое кольцо 2 с расположенными на нем контактными лепестками 3, в которых монтируется ПП 4 (условно показана отдельно) с нанесенными не нее возбуждающими электродами 5, пленочными нагревателями 6 и датчиком температуры 7, а также транзистор 8, установленный на металлической пластине 9, которая закреплена на диэлектрическом кольце 2 в промежутках между контактными лепестками 3 и местами закрепления 10 диэлектрического кольца 2 в вакуумированном корпусе 1.

Выводы возбуждающих электродов 5 подсоединяются к схеме автогенератора 11, выводы транзистора 8, нагревателя 6 и датчика температуры 7 включаются в схему терморегулирования 12.

КРТ работает следующим образом. При подачи питающего напряжения на схему автогенератора 11 и терморегулятор 12 в ПП возникают колебания на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса. При этом система терморегулирования 12 вследствие несоответствия сопротивления термодатчика значению, соответствующему температуре статирования,открывает транзистор 8, регулирующий ток через пленочные нагреватели 6,и почти вся мощность рассеивается в пленочных нагревателях 7, вызывая быстрый нагрев ПП 4. После достижения на ПП 4 заданной температуры система терморегулирования 12 запирает транзистор 8 и почти вся мощность рассеивается в нем, вызывая интенсивный разогрев металлической пластины 9. Металлическая пластина 9 имеет высокую теплопроводность и небольшую массу, что обеспечивает ее быстрый и однородный разогрев. В результате переходной тепловой процесс в таком КРТ существенно ускоряется, что приводит к заметному уменьшению времени готовности КРТ. При этом тепловые потери КРТ остаются незначительными, поскольку тепловой поток от нагретой ПП 4 и металлической пластины 9 в окружающую среду проходит через участки диэлектрического кольца 2, обладающего низкой теплопроводностью. Кроме того, закрепление нагретой металлической пластины 9 между контактными лепестками 3 и местами закрепления 10 диэлектрического кольца 2 в корпусе 1 обуславливает незначительные тепловые потоки в окружающую среду от нагревателей 6 и, следовательно, небольшие температурные градиенты по ПП 4, что обеспечивает высокую температурную стабильность частоты КРТ.

Пример реализации. КРТ в стеклянном вакуумированном корпусе 1 диаметром 19 мм и высотой 30 мм. Внутри корпуса закреплено диэлектрическое кольцо 2, выполненное из стекла С48-2 диаметром 13 мм. На противоположных сторонах кольца 2 установлены контактные лепестки 3, в которых монтируется ПП SC-среда на частоту 10 МГц по третьей гармонике 4, на поверхность которой нанесены возбуждающие электроды 5, пленочные никелевые нагреватели 6, а также датчик температуры 7. Диэлектрическое кольцо 2 крепится к основанию вакуумированного корпуса 1 в двух диаметрально противоположных местах 10, расположенных под углом 90^o к линии расположения контактных лепестков 3. Транзистор 8 крепится при помощи клея к медной пластине 9 толщиной 0,2 мм, закрепленной на диэлектрическом кольце 2 и 4 местах, расположенных под углом около 30^o к линии контактных лепестков 3. Время установления частоты такого КРТ с точностью 1Е-8 составляет около 30 с при токе подогрева в стационарных условиях около 4 мА и температурной стабильности частоты менее 1(10-8) в температурном интервале (-30+70)^oC. Для сравнения время установления частоты прототипа около 1 мин, ток подогрева около 5 мА и температурная нестабильность частоты около 1Е-8.

КРТ, выполненный в соответствие с изобретением,обеспечивает меньшее чем аналогичные КРТ время установления частоты и имеет малый ток подогрева и высокую температурную стабильность частоты.

Источники информации:

1. Справочник "Пьезоэлектрические резонаторы". Под ред. П.Е.Кандыбы, П. Г. Позднякова, М. Радио и связь, 1992, с. 362-364.

2. I.V.Abramson, A.N.Dikidzhi, "Improvement of Characteristics of Quartz Resonator-termostat Winh Direct Heating the Piezoelement", Proceedings of 1992 IEEE Annual Frequency Control Symposium", pp. 499-504, 1992.