CS201628B1

CS201628B1 - Zapojení obvodu piezoelektrické krystalové jednotky

Info

Publication number: CS201628B1
Application number: CS775575A
Authority: CS
Inventors: Josef Pavlovec; Vladimir Kvapil; Jaroslav Sramar
Original assignee: Josef Pavlovec; Vladimir Kvapil; Jaroslav Sramar
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1977-08-29
Publication date: 1980-11-28
Also published as: PL209184A1; DD138130A1

Description

Vynález se týká zapojení obvodu piezoelektrické krystalové jednotky, ve kterém je s piezoelektrickou krystalovou jednotkou zapojena sériová kapacita a sériová indukčnost a sériové uspořádání piezoelektrické krystalové jednotky a kapacity je přemostěno paralelní kapacitou.

Dosud -byla minimalizace dosahována hlavně výběrem krystalových výbrusů potřebné orientace úhlu řezu, a to například pro resonáto-ry řezu AT křemene s přesností + 30 pro dosažení odchylky + 5 . 10“⁶ v rozmezí teplot — 25 až -j- 65 °C. Dále je využíváno teplotní kompensace kmitqětu pomocí teplotně proměnného napětí, získávaného odporovou sítí termistorů, přiváděného na napěťově závislou kapacitu varikapu zapojeného v sérii s piezoelektrickou krystalovou jednotkou.

Nevýhodami dosavadního stavu je, že dosažení přesných úhlů řezu je výrobně velmi náročné. Výběr resonátorů s přesností řezu + 30 má výtěžnost pro odchylku kmitočtu + 5.10^-6 kolem 30%; orientaci s přesností + 10, potřebnou k dosažení minimální možné odchylky + 2,5 . 10'⁶ v rozmezí — 25 až -j- 65 °C, nelze prakticky výrobně provádět.

V případě teplotní kompensace kmitočtu pomocí varikapu lze sice dosáhnout velmi malých změn, až + 5 . 10+ ovšem návrh i realizace poměrně složitého obvodového uspořá201628 dání jsou velmi náročné, obvod vyžaduje vytvoření velmi stabilního předpětí varikapu a zhotovení celého oscilátoru je podmíněno nákladnými investičními zařízeními.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení piezoelektrické krystalové jednotky, ve kterém je s piezoelektrickou krystalovou jednotkou zapojena sériová kapacita a sériová indukčnost a sériové uspořádání piezoelektrické krystalové jednotky a kapacity je přemostěno paralelní kapacitou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sériová kapacita má hodnotu v rozsahu od 6 do 150 pF, paralelní kapacita má hodnotu v rozsahu od 0 do 100 pF a sériová indukčnost má hodnotu v rozsahu od 0,05 μΗ d-o 100 μΗ, přičemž sériová kapacita a paralelní kapacita a sériová indukčnost při pokojové teplotě splňují vztah:

Ci²(l ₎₂

Ci + C₂

Cikj

C|. + C₂ + (cr+c5^i a sériová kapacita a paralelní kapacita splňují vztah:

í-^LCCi + c^-o kde ki, kž jsou teplotní koeficienty kapacitních reaktancí, ai resp a/ je teplotní koeficient prvního řádu kubické paraboly teplotní závislosti samotné piezoelektrické krystalové jednotky PKJ, resp. teplotní závislosti paraboly požadované, m je poměr dynamické kapacity C_h a statické kapacity G_o piezoelektrické krystalové jednotky PKJ.

Výhodou zapojení obvodu piezoelektrické krystalové jednotky podle vynálezu je dosažení žádaného průběhu kmitočtu jednotky v závislosti na velikosti teplotních koeficientů kapacit, aniž by bylo nutno měnit orientaci destičky křemenného výbrusu. To znamená, že dosažení optimálního žádaného průběhu kmitočtu v rozmezí teplot není nutno vybírat krystalové výbrusy s orientací s přesností 30 úhlových vteřin, ale provést nastavení volbou vhodné velikosti kapacit C| resp C₂.

Vynález bude nyní blíže vysvětlen s přihlédnutím na přiložený výkres, na kterém obr. 1 představuje uspořádání zapojení obvodu piezoelektrické krystalové jednotky podle vynálezu a obr. 2 znázorňuje teplotní závislost kmitočtu křemenných rezonátorů řezu AT.

Obvykle je zapojení obvodu podle vynálezu realizováno kapacitou Ci připojenou v sérii s piezoelektrickou krystalovou jednotkou PKJ, kapacitou C₂, která paralelně přemosťuje sériovou kombinaci kapacity a piezoelektrické krystalové jednotky PKJ a indukčností L připojenou v sérii k této kombinaci.

Teplotní závislost kmitočtu křemenných rezonátorů řezu AT je dána kubickou parabolou, viz křivka a obr. 2 typu f-fo _ fo = ai (T - T_o) + a₂ (T - T_o)² + a3 (T - To)³, kde f je kmitočet piezoelektrické krystalové jednotky PKJ při teplotě T; ai a2, a3 jsou teplotní koeficienty prvního, druhého a třetího řádu; f₀ je kmitočet při teplotě T_o.

Vynález vychází z možnosti úpravy koeficientu a₄ lineární části shora uvedené třetí závislosti, jehož změnou je možho v používaném úhlovém rozmezí orientace destiček řezu AT křemene dosáhnout natočení kubické paraboly kolem jejího inflexního bodu, odpovídající například optimálnímu úhlu řezu křemenné destičky resonátoru.

Při použití kapacit s lineární teplotní závislostí s kladným teplotním koeficientem kapacity proběhne natočení paraboly ve směru hodinových ručiček, viz křivka b obr. 2, s kapacitami se záporným koeficientem ve směru' opáleném, křivka c. Vzhledem k tomu, že připojení kapacity k piezoelektrické krystalové jednotce PKJ způsobí rovněž odtažení kmitočtu k vyšším hodnotám a nevýhodné natočení fáze, je ke kombinaci kapacit připojena indukčnost, která tyto poměry vyrovnává.

Hodnoty kapacit a indukčností pro dosažení potřebného průběhu kmitočtových odchylek v rozmezí teplot (nejčastěji pro jejich minimalizaci) jsou dány prvními dvěma vztahy.

Příklad provedení zapojeni obvodu piezoelektrické krystalové jednotky podle vynálezu:

piezoelektrická krystalová jednotka PKJ kmitočtu f = 14,2 MHz, o statické kapacitě C_o — 3,95 pF a dynamické kapacitě C_h = 16,8 mpF má odchylku A f/f = -j- 2,8 . 10“⁵ v rozmezí teplot —25 až -j-65 °C. Průběh teplotní závislosti je dán kubickou parabolou s hodnotou koeficientu ai = —7,6.10“⁷. Kompensační obvod se skládá z kapacity Q = 37 pF připojené v sérii s piezoelektrickou krystalovou jednotkou PKJ, z kapacity C₂ = 27 pF, jež je paralelně připojena ke kombinaci sériové kapacity Ci a piezoelektrické krystalové jednotky PKJ, a z sériové indukčností L = 2,1 μΗ. Kpndenzátory C| a C₂ se zápornou hodnotou teplotního koeficientu kapacity ki — k₂ = —500 . 10“⁶/°C způsobí natočení kubické paraboly teplotní závislosti tak, že celková kmitočtová odchylka v rozmezí teplot je + 2,5 .

. 10“⁶. Tato parabola má hodnotu koeficientu a’ = —1,6 . 10“'. Při použití kapacitních reaktancí s lineární závislostí kapacity na teplotě, (s konstantním teplotním koeficientem kapacity v rozmezí teplot), je možno dosáhnout nejvýše teplotní změny kmitočtu dané optimální orientací krystalového výbrusu. Pro dosažení menší teplotní změny je třeba použít reaktance s nelineárním průběhem kapacity, blížícím se v požadovaném rozmezí teplot kubické parabole s inflexnim bodem v okolí teploty T_o. Tímto způsobem lze získat plochý průběh výsledné kubické závislosti kmitočtu dané třetím vztahem, kdy se mění koeficient třetího řádu a₃.

Claims

PREDMET VYNÁLEZU

Zapojení piezoelektrické krystalové jednotky, ve které je s piezoelektrickou krystalovou jednotkou zapojena sériová kapacita a sériová indukčnost a sériové uspořádání piezoelektrické krystalové jednotky a kapacity je přemostěno paralelní kapacitou, vyznačené tím, že sériová kapacita (Ci) má hodnotu v rozsahu od 6 do 150 pF, paralelní kapacita (C₂) má hodnotu v rozsahu od 0 do 100 pF a sériová indukčnost (L) má hodnotu v rozsahu od 0.05 μΗ do 100 μΗ, přičemž sériová kapacita (Ci) a paralelní kapacita (C₂) a sériová in3 dukčnost (L) při pokojové teplotě splňují vztah:

C_o
2C|C₂k^

CJ (1 c_{2 2} |^C|k| c, : C₂C, + C₂

CjCJC^! + Cik₂)· , v 2 + —δΓ+ο5»-Γ** a sériová kapacita (CJ a paralelní kapacita (C₂) splňují vztah:

1 - ω² L (C_t + C₂) = 0, kde · kj, k₂ jsou teplotní koeficienty kapacitních reaktancí, aj resp. a\ je teplotní koeficient prvního řádu kubické paraboly teplotní závislosti samotné piezoelektrické krystalové jednotky PKJ, resp. teplotní závislosti paraboly požadované a m je poměr dynamické kapacity C_h a statické kapacity C_o piezoelektrické krystalové jednotky PKJ.