Кварцевый резонатор-термостат

Кварцевый резонатор-термостат
Данная полезная модель относится к области радиоэлектроники и предназначена для работы в составе термостатированного кварцевого генератора.
Известны кварцевые резонаторы-термостаты (КРТ), содержащие кварцевую пьезопластину (ПП) с нанесенными на нее пленочными электродами для возбуждения в ПП толщинно-сдвиговых колебаний, а также систему термостатирования, включающую датчик температуры, усилитель и наревательный элемент, которая вместе с ПП размещается в вакуумированном корпусе КРТ, обеспечивая точное поддержание температуры кварцевой ПП при изменении окружающей температуры [1]. Благодаря размещению системы термостатирования внутри вакуумированного корпуса КРТ вместе с кварцевой ПП достигается низкая потребляемая мощность, малое время разогрева, а также уменьшение размеров термостатированного кварцевого генератора.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является КРТ [2], содержащий вакуумированный корпус, в котором кварцевая пьезопластина с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована на краях диэлектрической подложки, на которой в центральной части размещены также нагревательные элементы системы термостатирования КРТ. Диэлектрическая подожка закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса, изготовленной из двух теплоизолирующих диэлектрических полосок, склеенных центральными частями между собой, при этом периферийные части верхней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительные прокладки приклеены к периферийным частям диэлектрической подложки, а периферийные части нижней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительные прокладки приклеены к основанию вакуумированного корпуса. Данный КРТ имеет миниатюрные размеры и малое время разогрева, а также обеспечивает очень низкую потребляемую мощность термостатированного кварцевого генератора, благодаря вакуумной теплоизоляции системы термостатирования и низкой теплопроводности теплоизолирующей опоры.
Недостатком такой конструкции является относительно невысокая стабильность ее частоты от изменения окружающей температуры из-за значительных градиентов температуры по диэлектрической подложке вследствие тепловых потоков от нагревательных элементов, расположенных в центральной части диэлектрической подложки, к ее периферийной части к местам крепления диэлектрической подложки к теплоизолирующей опоре, в которой также размещаются контактные лепестки с кварцевой ПП.
Цель предлагаемой полезной модели - снижение нестабильности частоты КРТ при изменении окружающей температуры.
Поставленная цель достигается тем, что в кварцевом резонаторе-термостате (КРТ), содержащем вакуумированный корпус, в котором кварцевая ПП с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована на диэлектрической подложке с размещенными в ее центральной части на стороне, обращенной к кварцевой ПП, нагревательными элементами системы термостатирования КРТ, которая обратной стороной закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса и изготовленной из двух теплоизолирующих диэлектрических полосок, периферийные части двух теплоизолирующих диэлектрических полосок склеены между собой через разделительные прокладки, при этом центральная часть верхней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительную прокладку приклеена к центральной части диэлектрической подложки, а центральная часть нижней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительную прокладку приклеена к основанию вакуумированного корпуса.
При таком креплении диэлектрической подложки к теплоизолирующей опоре тепловой поток в окружающую среду от нагревательных элементов, расположенных в центральной части диэлектрической подложки, проходя через диэлектрическую опору, не приводит к существенным температурным градиентам от центральной части диэлектрической подложки к ее периферии.
Достигаемым техническим результатом является обеспечение более высокой точности поддержания температуры лепестков и более однородное температурное поле вокруг ПП при изменении окружающей температуры, следствием чего является более высокая, по сравнению с прототипом, температурная стабильность частоты КРТ.
Конструкция предлагаемой полезной модели показана на фигуре. Она содержит основание вакуумированного корпуса 1 с выводами 2 и 3, крышку 4, герметично соединенную в вакууме с основанием корпуса 1, теплоизолирующую опору в виде двух диэлектрических полосок 5 и 6 с низкой теплопроводностью, склеенные между собой через разделительные прокладки 7 в периферийных частях, при этом одна из диэлектрических полосок через разделительную прокладку 8 в центральной части приклеена к основанию вакуумированного корпуса 1, а вторая - через разделительную прокладку 9 в центральной части приклеена к диэлектрической подложке 10, в центральной части которой размещены нагревательные элементы системы термостатирования 11 с теплоотражающим экраном 12 или без него, а в периферийной части диэлектрической подложки 10 через монтажные лепестки 13 закреплена кварцевая ПП 14 с нанесенными на ней пленочными возбуждающими электродами 15, при этом возбуждающие электроды 15 через выводы 2 подключают к внешней схеме автогенератора, а систему термостатирования 11 через выводы 3 подключают к внешнему источнику постоянного электрического напряжения.
При подачи электрического напряжения на выводы 3 система термостатирования 11 нагревает диэлектрическую подложку 10 до заданной температуры и поддерживает ее с высокой точностью при изменении окружающей температуры. Нагретая диэлектрическая подложка 10 через монтажные лепестки 13 и в значительно меньшей степени, через теплопроводность остаточного газа в вакуумированном объеме КРТ и инфракрасное излучение подогревает кварцевую ПП 14 до ее рабочей температуры. При этом нагретая диэлектрическая подложка 10 теряет тепловую энергию в окружающую среду, но в основном, через теплопроводность теплоизолирующей опоры, состоящей из двух теплоизолирующих диэлектрических полосок 5 и 6. Поскольку нагревательные элементы системы термостатирования 11 расположены в центральной части диэлектрической подложки 10, приклеенной к теплоизолирующей полоске 6, тепловой поток от центра диэлектрической пластины 14 к ее периферийной части, где установлены монтажные лепестки 7 с кварцевой ПП 14, очень мал, благодаря чему обеспечиваются минимальные градиенты температуры по диэлектрической подложке 10, что обуславливает более высокую точность поддержания температуры монтажных лепестков 13 и установленной в них кварцевой ПП 14 при изменении окружающей температуры.
Предлагаемая полезная модель реализована в серийно выпускаемых КРТ, содержащих вакуумный металлический корпус типа ТО-8 (НС-37), на основании которого смонтирована теплоизолирующая опора в виде двух стеклянных полосок с размерами 3×10×0.5 мм, склеенных между собой в периферийных частях через стеклянные прокладки размерами 3×1.0×0.5 мм. Нижняя полоска в центральной части через стеклянную прокладку размерами 3×3×0.5 мм приклеена к основанию корпуса ТО-8, а верхняя полоска через такую же прокладку приклеена к диэлектрической подложке, на которой расположена система термостатирования КРТ, а в периферийной части установлены монтажные лепестки, в которых при помощи токопроводящего клея смонтирована кварцевая ПП с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами. КРТ имеет выводы для подключения возбуждающих электродов к внешнему автогенератору, а также выводы для подключения термостата к внешнему источнику электрического напряжения. Объем КРТ откачан до высокого вакуума и герметизирован методом холодной сварки. Кварцевая пластина имеет угловую ориентацию yxbl/22°/34° (SC-срез), диаметр 10 мм, плосковыпуклую форму с радиусом кривизны 300 мм и возбуждается на частоте 10 МГц по 3 механической гармонике. Измерение нестабильности частоты КРТ проводилось после настройки температуры КРТ на первый экстремум его температурно-частотной характеристики (ТЧХ), около 88°С, при изменении окружающей температуры от 25°С до 85°С и от 25°С до -40°С. Результаты измерений нестабильности частоты предлагаемой полезной модели и прототипа приведены в таблице 1.
Как видно из приведенных в таблице 1 данных, нестабильность частоты полезной модели от изменения окружающей температуры приблизительно в 2 раза ниже, чем температурная нестабильность частоты КРТ - прототипа.
Формула полезной модели
Кварцевый резонатор-термостат (КРТ), содержащий вакуумированный корпус, в котором кварцевая пьезопластина с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована на диэлектрической подложке с размещенными в ее центральной части на стороне, обращенной к кварцевой пьезопластине, нагревательными элементами системы термостатирования КРТ, которая обратной стороной закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса и изготовленной из двух теплоизолирующих диэлектрических полосок, отличающийся тем, что периферийные части двух теплоизолирующих диэлектрических полосок склеены между собой через разделительные прокладки, при этом центральная часть верхней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительную прокладку приклеена к центральной части диэлектрической подложке, а центральная часть нижней теплоизолирующей диэлектрической полоски через разделительную прокладку приклеена к основанию вакуумированного корпуса.
Реферат
Кварцевый резонатор-термостат
Данная полезная модель относится к области радиоэлектроники и предназначена для работы в составе термостатированного кварцевого генератора.
Задача предлагаемой полезной модели - снижение нестабильности частоты КРТ при изменении окружающей температуры.
Поставленная задача достигается тем, что в кварцевом резонаторе-термостате (КРТ), содержащем вакуумированный корпус, в котором кварцевая пьезопластина с нанесенными на нее пленочными возбуждающими электродами через контактные лепестки смонтирована на диэлектрической подложке с размещенными на ней элементами системы терморегулирования КРТ, которая закреплена на теплоизолирующей опоре, установленной на основании вакуумированного корпуса и изготовленной из двух диэлектрических полосок, периферийные части двух диэлектрических полосок склеены между собой через разделительную прокладку, при этом центральная часть верхней диэлектрической полоски через дополнительно введенную разделительную прокладку приклеена к диэлектрической подложке, а нижняя диэлектрическая полоска через разделительную прокладку приклеена к основанию вакуумированного корпуса.
При таком креплении диэлектрической подложки к теплоизолирующей опоре тепловой поток в окружающую среду от нагревательных элементов, расположенных в центральной части диэлектрической подложки, проходя через диэлектрическую опору, не приводит к температурным градиентам от центральной части диэлектрической подложки к ее периферии.
Достигаемым техническим результатом является обеспечение более высокой точности поддержания температуры лепестков и более однородное температурное поле вокруг ПП при изменении окружающей температуры, следствием чего является более высокая, по сравнению с прототипом, температурная стабильность частоты КРТ.