Справочник по кварцевым резонаторам
Под редакцией Позднякова П. Г.
МОСКВА
«СВЯЗЬ»
1978
Авторы: В. Г. АНДРОСОВА, В. Н БАНКОВ, А. Н. ДИКИДЖИ, В. А. ИЛЬИЧЕВ, А. Е. КАРАУЛЬНИК, П. Г. ПОЗДНЯКОВ, С. В РАХМАНИНОВ, И. М. ФЕДОТОВ, В. Н ХРИСТОФОРОВ
Справочник по кварцевым резонаторам. Андросова В. Г., Банков В, Н., Дикиджи А. Н. и др.; Под ред. П. Г. Позднякова. - Москва: Связь, 1978.
Приводятся сведения о назначении, устройстве и принципе действия кварцевых резонаторов, их электрических и эксплуатационных характеристиках, классификации Описываются типы и конструкции отечественных резонаторов Рассматриваются влияния конструктивных и технологических факторов на параметры резонаторов Даются сведения о методах испытаний резонаторов и измерения их параметров.
Справочник предназначен для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, производством и эксплуатацией кварцевых генераторов и фильтров.
Редактор В. К. Старикова
Художник Е. П. Аксенов
Технический редактор Г. И. Колосова
Корректор Р. М. Шишкова
Издательство «Связь», 1978 г.
Содержание книги
Справочник по кварцевым резонаторам
Предисловие
Терминология
Сокращения
Условные обозначения
1. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕЗОНАТОРЫ
1.1. Определение и назначение
1.2. Пьезоэлектрический эффект
1.3. Пьезоэлектрические преобразователи
1.4. Коэффициент электромеханической связи
1.5. Пьезоэлектрический преобразователь в электрической цепи
1.6. Принцип действия резонатора
1.7. Эквивалентная электрическая схема резонатора
1.8. Эквивалентные механические параметры
1.9. Емкостное отношение и емкостный коэффициент
1.10. Влияние формы, расположения и размеров электродов на параметры резонатора
1.11. Добротность
1.12. Механические колебания
1.13. Взаимодействие и связь колебаний различных видов
1.14. Пьезоэлектрическое возбуждение колебаний
1.15. Диапазон частот
2. КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР КАК ЭЛЕМЕНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
2.1. Характерные особенности
2.2. Проводимость и сопротивление кварцевого резонатора
2.3. Частотные параметры кварцевого резонатора
2.4. Электрические характеристики
2.5. Выбор величины допуска на точность настройки резонатора по частоте
2.6. Выбор системы контролируемых параметров кварцевого резонатора
2 7. Полная эквивалентная схема двухэлектродного кварцевого резонатора
2 8. Эквивалентная схема четырехполюсного кварцевого резонатора
3. КЛАССИФИКАЦИЯ, КОНСТРУКЦИИ РЕЗОНАТОРОВ
3.1. Признаки классификации резонаторов
3.2. Конструкции резонаторов
3.3. Стандартизация
4. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПАРАМЕТРЫ РЕЗОНАТОРОВ
4.1. Дестабилизирующие факторы
4.2. Влияние температуры
4.3. Влияние быстрых изменений температуры на частоту
4.4. Аномалии частотно-температурных характеристик
4.5. Зависимость сопротивления резонаторов от температуры
4.6. Температурные характеристики реактивных эквивалентных электрических параметров
4.7. Влияние времени (старение)
4.8. Влияние влажности
4.9. Влияние атмосферного давления
4.10. Влияние механических воздействий
4.11. Механические воздействия и прочность резонаторов
4.12. Воздействие радиационных излучений
4.13. Воздействие уровня возбуждения (мощности рассеяния)
5. ПРОИЗВОДСТВО КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ
5.1. Особенности производства
5.2. Сырье для производства резонаторов
5.3. Разделка кристаллов кварца
5.4. Ориентация заготовок
5.5. Шлифовка кварцевых пластин
5.6. Очистка и травление кварцевых пластин
5.7. Металлизация пьезоэлементой
5.8. Монтаж
5.9. Окончательная настройка частоты
5.10. Герметизация резонаторов
6. РЕЗОНАТОРЫ ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ
6.1. Общие сведения
6.2. Электрические характеристики
6.3. Конструктивные данные
6.4. Влияние конструктивных и технологических факторов на качество резонаторов
6.5. Резонаторы с пьезоэлементами сложной формы
6.6. Рекомендации по применению
6.7. Возможности улучшения конструктивных и электрических характеристик
7. РЕЗОНАТОРЫ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИИ
7.1. Общие сведения
7.2. Электрические характеристики
7.3. Конструктивные данные
7.4. Рекомендации по применению
7.5. Перспективы и возможности улучшения конструктивных и электрических характеристик
8. РЕЗОНАТОРЫ ПРОДОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИИ
8.1. Общие сведения
8 2. Электрические характеристики
8.3. Конструктивные данные
8 4. Влияние конструктивных и технологических факторов на качество резонаторов
8 5 Резонаторы с пьезоэлементами сложной формы
8.6. Рекомендации по применению
8.7. Возможности улучшения конструктивных и электрических характеристик
9. РЕЗОНАТОРЫ СДВИГОВЫХ КОЛЕБАНИЙ (ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ)
10. РЕЗОНАТОРЫ ДТ И ДРУГИЕ РЕЗОНАТОРЫ КОНТУРНО-СДВИГОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
101. Общие сведения
10.2. Электрические характеристики
10.3. Конструктивные данные
10 4. Рекомендации по применению
10.5 Перспективы и возможности улучшения конструктивных и электрических характеристик
10.6. Резонаторы других срезов контурно-сдвиговых колебаний
11. РЕЗОНАТОРЫ АП И БП
11.1. Общие сведения
11.2. Электрические характеристики
11.3. Конструктивные данные
11.4. Рекомендации по применению
11 5. Возможности улучшения конструктивных и электрических характеристик
11.6 Резонаторы БП
12. РЕЗОНАТОРЫ AT
12.1. Общие сведения
12.2. Электрические характеристики
12.3. Конструктивные данные
12.4. Рекомендации по применению
12.5. Возможности улучшения характеристик
13. РЕЗОНАТОРЫ БТ
13.1. Общие сведения
13 2. Электрические характеристики
13.3. Конструктивные данные
13 4. Рекомендации по применению
14. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ СЛОЖНЫХ СРЕЗОВ
14 1. Общие сведения
14 2 Электрические характеристики
14 3. Конструктивные данные
14.4. Температурно-динамические характеристики (ТДХ)
14.5, Рекомендации по применению
15. ПРЕЦИЗИОННЫЕ РЕЗОНАТОРЫ
15.1. Общие сведения
15.2. Классификация
15.3. Электрические характеристики
15.4. Конструктивные данные
15.5. Возможности улучшения характеристик
16. МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
16.1. Общие сведения
16.2. Интегральные кварцевые генераторы
16.3. Интегральные кварцевые фильтры
16.4. Резонаторы с пленочными нагревателями
16.5. Бескорпусные резонаторы
16.6. Микрорезонаторы
17. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ
17.1. Общие сведения
17.2. Измерение эквивалентных параметров и добротности в режиме затухающих колебаний
17.3. Измерение параметров резонаторов в режиме стационарных колебаний
17.4. Измерение параллельной емкости
17.5. Измерение параметров трех- и четырехполюсных кварцевых резонаторов
17.6. Измерение температурных характеристик
17.7. Измерение нестабильности частоты кварцевых резонаторов
17.8. Эквиваленты кварцевых генераторов
18. ПРИМЕНЕНИЕ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ
18.1. Общие сведения
18.2. Селекция и дискриминация частоты
18.3. Стабилизация частоты
18.4. Частота возбуждения кварцевого резонатора в автогенераторе
18.5. Кварцевые резонаторы в генераторах с параллельным резонансом
18.6. Кварцевые резонаторы в генераторах с последовательным резонансом
18.7. Соответствие параметров резонатора схеме генератора
18.8. Особенности кварцевых резонаторов, предназначенных для генераторов, управляемых по частоте
18.9. Проверка схемы генератора на соответствие требованиям, предъявляемым к резонатору
Приложение 1. Правила обращения с резонаторами
Приложение 2. Схемные изображения резонаторов
Приложение 3. Условные обозначения срезов
Список литературы
ПРЕДИСЛОВИЕ
Кварцевые резонаторы являются важными элементами радиоэлектронной аппаратуры (ЭРА). Несмотря на то что в аппаратуре используется небольшое их число, они тем не менее определяют ее основные и весьма существенные характеристики. Успехи современной радиотехники, особенно техники связи и службы времени, во многом обусловлены достижениями кварцевой стабилизации частоты и частотной селекции. Тенденции развития радиоэлектроники таковы, что требования к стабильности частоты и избирательности трактов радиотехнических устройств быстро возрастают. Если первые резонаторы, в 20—30-е годы представлявшие грубо обработанные кварцевые пластины, помещенные без оболочки и какой-либо фиксации между двумя обкладками, способны были обеспечить стабильность частоты порядка 10~3, то современные резонаторы обеспечивают стабильность за долгое время порядка 10~б—10~~8, а за короткое — еще на два-три порядка выше.
Вряд ли можно назвать другой элемент, основные параметры которого выполнялись бы со столь высокой точностью, как у резонаторов. Требование на отклонение частоты от номинального значения порядка 10~б в настоящее время является обычным. На протяжении многих лет изучались и разрабатывались методы, позволявшие обеспечивать столь высокую точность.
Современное кварцевое производство отличается сложностью и разнообразием процессов. Прогресс в улучшении характеристик резонаторов и методов их производства заметен за последние годы, особенно в связи с использованием методов микроэлектроники в кварцевом производстве. Влияние микроэлектроники выразилось как в разработке резонаторов нового поколения—микрорезонаторов, совместимых с микросхемами, так и в создании нового класса функциональных устройств — интегральных кварцевых генераторов (ИКГ) и фильтров (ИКФ). Конкуренция этих направлений заставила конструкторов и изготовителей существенно улучшить характеристики микрорезонаторов, которые не уступают своим крупногабаритным прототипам, а нередко и превосходят их.
Рассчитывать на сокращение производства резонаторов в связи с быстрым ростом выпуска ИКГ и ИКФ нет оснований, так как резонаторы начинают широко использоваться в бытовых приборах, тагах, как наручные электронные часы, телевизоры, магнитофоны и т.д.
Резонаторы являются типичными элементами частного применения, и номенклатура их весьма широка и разнообразна. Имеется небольшое число резонаторов стандартных частот, которые потребитель может приобрести из имеющегося наличия. В подавляющем большинстве случаев потребитель вынужден заранее заказывать и согласовывать с изготовителем вопросы о поставках резонаторов с требуемыми характеристиками. Часто заказ может быть выполнен только после соответствующих опытно-конструкторских или научно-исследовательских работ. Заказу на резонаторы обязательно предшествует процедура согласования технических требований, и между изготовителями и потребителями возникают определенные контакты и взаимоотношения нередко на долгое время, Тесные и правильно организованные контакты позволяют точно определять технические требования и методы испытаний, своевременно выявлять недостатки, «буеловленные несовершенством конструкции и технологии производства, и избегать неожиданностей при их производстве и эксплуатации.
Важно, чтобы потребители могли правильно определять технические требования на резонаторы, учитывая технические возможности производства. С повышением технических требований трудности и длительность изготовления и, соответственно, стоимость резонаторов резко возрастают.
Справочник преследует цель сообщить потребителю минимум необходимых сведений о принципе действия и устройстве резонаторов, многообразии их типов и классификации, об основных конструктивных, электрических и эксплуатационных характеристиках, методах измерений и испытаний. Уделено внимание описанию новых перспективных типов резонаторов. Устаревшие типы, естественно, описаны менее подробно. В справочнике дан краткий обзор состояния и перспектив дальнейшего развития техники кварцевой стабилизации и селекции частоты. В связи с развитием и широким распространением интегральных пьезоэлектрических устройств одна из глав посвящена их описанию. В интегральных КГ и КФ используются бескорпусные кварцевые резонаторы, которые фигурируют как самостоятельные ЭРА, выпускаемые по специальным техническим условиям. Появление бескорпусных резонаторов определяет необходимость не только точного выполнения предписаний по обращению с ними, но и ясного представления о влиянии некоторых факторов на их характеристики. Поэтому потребителям необходимо иметь сведения о характере и особенностях кварцевого производства.
Существующие источники по кварцевым резонаторам либо устарели [1—4], либо предназначены для специалистов разработчиков и изготовителей резонаторов [5—10]. Ограниченная информация для потребителей имеется в [11—13, Ш].
Опыт и уровень технологии кварцевого производства на разных нредприятиях существенно различаются, поэтому сведения об уровне производства, влиянии конструктивных и технологических факторов на качество резонаторов могут быть полезными также при выборе поставщиков. В конце справочника даны сведения по обращению с резонаторами в процессе их использования, испытаний и эксплуатации в составе аппаратуры, а также советы по составлению технических заданий на разработку и изготовление резонаторов.
Сведения о резонаторах-датчиках не приводятся, поскольку они подробно описаны в [14].
Авторы отдают себе отчет в том, что создание первого отечественного справочника по кварцевым резонаторам в момент, когда происходит смена их типов и появляются резонаторы нового поколения, связано с серьезными затруднениями, которые, возможно, не во всех случаях успешно преодолены. Ограниченный объем позволяет лишь в самом общем виде описать методы и особенности измерений и испытаний. Тем не менее авторы надеются, что многим читателям сведения, приведенные в справочнике, окажутся полезными в их практической работе.
Глава 1 написана П. Г, Поздняковым, гл. 2, 17 и 18 — В. А. Ильичевым, гл. 3 — П. Г. Поздняковым и С. В. Рахманиновым, гл. 4 — А. Е. Караульником (§ 4.5, 4.7, 4.9 — П. Г. Поздняковым, § 4.6 — В. А. Ильичевым), гл. 5 — В. Г. Андросовой и С. В. Рахманиновым, гл. 6 — В Н. Христофоровым, гл. 7—В. Н. Банковым и П Г. Поздняковым, гл. 8—В. Н. Банковым, гл. 9—А. Н. Дикиджи и П. Г. Поздняковым, гл. 10 и 14 — А. Н. Дикиджи, гл. 11 —В. Г. Андросовой, гл. 12 и 13 — В. Г. Андросовой и А. Н. Дикиджи, гл. 15 — Д. Н. Дикиджи и А. Е. Караульником, гл. 16—В. Н. Банковым и И. М. Федотовым (§ 16.6 — В. Г. Андросовой), приложения — В. Г. Андросовой и И. М. Федотовым.
Авторы выражают благодарность рецензентам Г. Б. Альтшуллеру и А. Г. Смагину за внимательное рассмотрение рукописи и многие ценные советы и замечания, учтенные при редактировании, а также Ю. С. Снопову за предоставление некоторых материалов и помощь при оформлении рукописи.
Скачать книгу "Справочник по кварцевым резонаторам". Москва, издательство Связь, 1978
|
