кварцевый резонатор-термостат

Формула изобретения

Кварцевый резонатор-термостат, содержащий вакуумированный стеклянный баллон, в котором размещен держатель и рабочий пьезоэлемент с нанесенными на нем возбуждающими электродами, нагреватель и датчик температуры, выводы электродов рабочего пьезоэлемента, выводы нагревателя и выводы датчика температуры электрически соединены через электропроводящие элементы держателя с выводами кварцевого резонатора-термостата, отличающийся тем, что рабочий пьезоэлемент укреплен на контактных площадках дополнительного пьезокристалла, причем рабочий пьезоэлемент укреплен на дополнительном пьезокристалле с зазором, который образован слоем материала под пьезоэлементом в местах крепления, пленочный нагреватель и терморезистор размещены на дополнительном пьезокристалле, со стороны противоположной стороне, где размещен рабочий пьезоэлемент, пьезоэлектрический блок, включающий дополнительный пьезокристалл с рабочим пьезоэлементом, которые имеют одинаковые углы среза, размещен между траверсами, жестко укрепленными на стойках держателя, механическое крепление пьезоэлектрического блока осуществляется с помощью контактных площадок дополнительного пьезокристалла, траверсы выполнены из материала пониженной теплопроводности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к пьезотехнике, и может быть использовано при разработке и изготовлении кварцевых резонаторов с внутренним термостатированием.

Известен кварцевый резонатор, содержащий вакуумированный корпус, в котором закреплено основание с размещенным на нем транзистором, установленным на металлической пластине, и контактными лепестками, в которых установлен кварцевый пьезоэлемент с нанесенными на него возбуждающими электродами, нагревателем и датчиком температуры. Основание выполнено в виде металлического кольца с расположенными на нем местами крепления его в вакуумированном корпусе. Указанные места крепления опорного металлического кольца в корпусе и места крепления металлической пластины на опорном кольце выполнены в виде диэлектрических изоляторов, в которых размещены металлические стержни. Вакуумированный корпус снабжен металлизацией внутренней поверхности. (Патент RU 2155442).

Недостатком известного из патента RU 2155442 технического решения является сравнительно большая теплоемкость термостатируемого узла, что увеличивает время выхода кварцевого генератора на режим.

Известен кварцевый резонатор-термостат, содержащий пьезоэлемент с нанесенными на него возбуждающими электродами, пленочным резистивным нагревателем и датчиком температуры, основание с закрепленным на нем пьезоэлементом и транзисторным нагревателем, которое в свою очередь закреплено в корпусе при помощи теплоизолирующего держателя. Основание выполнено в виде пластины из диэлектрического материала и имеет теплоемкость, равную теплоемкости пьезоэлемента. (Опубликованная заявка на изобретение RU 2003100159). По своим существенным признакам техническое решение, известное из заявки RU 2003100159, наиболее близко к предложенному устройству, поэтому его следует принять за прототип.

К недостатку известного из заявки RU 2003100159 технического решения следует отнести сравнительную сложность изготовления устройства с заданными техническими характеристиками. Причиной этого является искажение температурно-частотной характеристики пьезоэлемента из-за наличия температурных градиентов в пьезокристалле.

В отличие от известных технических решений предложенный кварцевый резонатор-термостат упростит настройку генератора, расширит частотный диапазон резонатора-термостата и повысит стабильность частоты устройства.

Технический результат, ожидаемый от использования предложенного технического решения, заключается в том, что предложен кварцевый резонатор-термостат, содержащий вакуумированный стеклянный баллон, в котором размещен держатель и рабочий пьезоэлемент с нанесенными на нем возбуждающими электродами, нагреватель и датчик температуры. Выводы электродов рабочего пьезоэлемента, выводы нагревателя и выводы датчика температуры электрически соединены через электропроводящие элементы держателя с выводами кварцевого резонатора-термостата. Рабочий пьезоэлемент укреплен на контактных площадках дополнительного пьезокристалла, а именно на дополнительном пьезокристалле с зазором, который образован слоем материала под пьезоэлементом в местах крепления. Пленочный нагреватель и терморезистор размещен на дополнительном пьезокристалле, со стороны противоположной стороне, где размещен рабочий пьезоэлемент. Пьезоэлектрический блок, включающий дополнительный пьезокристалл с рабочим пьезоэлементом, которые имеют одинаковые углы среза, размещены между траверсами, жестко укрепленными на стойках держателя. Механическое крепление пьезоэлектрического блока осуществляется с помощью контактных площадок дополнительного пьезокристалла, траверсы выполнены из материала пониженной теплопроводности.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, на которых изображены конструктивные элементы предложенного устройства:

фиг.1 - конструкция рабочего пьезоэлемента;

фиг.2 - конструкция дополнительного кристаллического элемента;

фиг.3 - конструкция пьезоэлектрического блока;

фиг.4 - общий вид кварцевого резонатора-термостата.

На фиг.1 представлен рабочий пьезоэлемент 1 с нанесенными на нем возбуждающими электродами 2 и 4. Рабочий пьезоэлемент 1 имеет контактные площадки 3 и 5.

На фиг.2 представлен дополнительный кристаллический элемент 6, выполненный в виде плоской прямоугольной кварцевой пластины. На одной из сторон этой пластины нанесен пленочный нагреватель 10. На этой же стороне дополнительного пьезокристаллического элемента укреплен термодатчик 13. Нагреватель 10 выведен на контактные площадки 8 и 12, а термодатчик 13 - на контактные площадки 11 и 14. Контактные площадки 7 и 9 предназначены для выводов электродов пьезоэлемента 1, который укреплен на обратной стороне дополнительного кристаллического элемента 6. Рабочий элемент 1 и дополнительный кристаллический элемент 6 имеют одинаковые углы среза.

На фиг.3 изображен пьезоэлектрический блок, который содержит рабочий пьезоэлемент 1, который укреплен на кристаллическом элементе 6. Электроды пьезоэлемента 2 и 4 электрически связаны с соответствующими контактными площадками 7 и 9 кристаллического элемента 6 посредством проводящих покрытий 18 и 17 и далее через элементы держателя соединены с выводами кварцевого резонатора. Механическое крепление пьезоэлемента на кристаллическом элементе 6 осуществляется токопроводящими покрытиями 19 в зоне выводов электродов и дополнительно клеевыми покрытиями 20 и 21 в наиболее удаленных от активной области пьезоэлемента 1. Пьезоэлемент укреплен на дополнительном пьезокристалле с зазором, который образован слоем материала крепления, размещенным под пьезоэлементом.

На обратной стороне кристаллического элемента 6 размещены нагреватель и термодатчик, выводы которых соединены с соответствующими контактными площадками 10, 12 и 11, 14 и далее через элементы держателя соединены с выводами кварцевого резонатора-термостата.

На фиг.4 представлен общий вид кварцевого резонатора-термостата. Пьезоэлектрический блок 24 укреплен с помощью траверс (на чертеже не показаны) на стойках держателя 25. Стойки держателя 25 жестко связаны между собой с помощью диэлектрических изоляторов 26, которые упруго закреплены в вакуумированном стеклянном баллоне 23 с помощью пружин (на чертеже не показаны). Стойки 25 с помощью перемычек соединены с выводами основания 27. Перемычки и траверсы должны быть изготовлены из материала с малой теплопроводностью (например из нихрома). Это позволяет значительно снизить теплопотери и уменьшить время выхода на режим.

Для исключения возникновения температурных напряжений в конструкции пьезоэлектрического блока 24 кристаллические элементы дополнительного пьезокристалла 6 и рабочего пьезоэлемента 1 должны иметь одинаковые углы среза.

Резонатор-термостат работает в составе высокостабильного кварцевого генератора. При этом выводы, связанные с электродами пьезоэлемента 1, подключаются к схеме возбуждения. Выводы, связанные с нагревателем 10 и тремодатчиком, подключаются к схеме терморегулирования.

Настройка работы резонатора-термостата осуществляется следующим образом. При включении источника питания в кварцевом генераторе регулируют температуру стабилизации. Постепенно увеличивают температуру, следя за рабочей частотой генератора. При достижении экстремума частоты фиксируют параметры регулировки системы регулирования температуры. Затем настраивается рабочая частота генератора соответствующими настроечными элементами и фиксируют параметры элементов настройки. В дальнейшем рабочая частота устанавливается автоматически при включении источника питания генератора.

Таким образом, отсутствие искажения ТЧХ предложенного кварцевого резонатора-термостата позволит упростить настройку генератора и повысить стабильность частоты. Также, предложенная конструкция кварцевого резонатора позволит расширить частотный диапазон реализации резонатора-термостата, при этом изменение частоты генератора достигается путем простой замены пьезоэлемента пьезоэлектрического блока. Таким образом, будет решен вопрос унификации конструкции резонатора-термостата. Поскольку материалы термостатируемого узла обладают сравнительно малой теплоемкостью, то его нагрев до температуры стабилизации происходит за сравнительно малое время. Это является важным параметром, определяющим время готовности аппаратуры к работе. Кроме того, за счет отсутствия специальных требований к топологии пленочного нагревателя будет упрощена технология его изготовления.