RU2101854C1

RU2101854C1 - Crystal resonator-thermostat

Info

Publication number: RU2101854C1
Application number: RU96100802A
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Абрамзон
Original assignee: Игорь Владимирович Абрамзон
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 1998-01-10

Abstract

FIELD: radio electronics. SUBSTANCE: resonator- thermostat has evacuated body 1 which accommodates dielectric ring 2 carrying contact lugs 3 in which film electrodes 5 applied on it is mounted, heaters 6 and temperature-sensitive element 7, as well as transistor 8 positioned on metal plate 9 secured to dielectric plate 2 in spaces between contact lugs 3 and points of attachment 10 of dielectric ring 2 in evacuated body 1. Small mass and high thermal conductivity of metal plate 9 provide for its fast heating by transistor 8 after crystal resonator-thermostat is switched on and consequently, for considerable reduction of readiness time. Low thermal conductivity of dielectric ring 2 and attachment to the latter of heated metal plate 9 in spaces between contact lugs 3 and points of fixing of dielectric ring 2 in evacuated body 1 ensure small losses of heat and high temperature stability of crystal resonator-thermostat frequency. EFFECT: reduced time of readiness. 2 wdg

Description

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в устройствах стабилизации частоты. The invention relates to the field of electronics and can be used in frequency stabilization devices.

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. Known quartz resonator-thermostat (CMT), containing placed in a vacuum housing a piezoelectric plate (PP) with deposited exciting electrodes, as well as film heaters and a temperature sensor, used to statically piezoelectric plate at a given temperature, usually corresponding to the extreme value of its temperature-frequency characteristic [ 1] This MCT has a short availability time due to the placement of heating elements directly on the PP. Its disadvantage is the significant temperature instability of the frequency caused by thermal gradients on the surface of the PP due to the intense heat outflow from the heaters to the environment through the PP mounting system.

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. Of the known devices, the closest to the claimed one is MCT, containing a metal base placed in a vacuum housing, on which, using isolated contacts from the base, a quartz PP is mounted with exciting electrodes, heaters and a temperature sensor deposited on it, as well as a thermoregulation system transistor located in the center base and used to control the current through the film heater [2] Due to the placement inside the MCT of a transistor dissipating in stationary heat In this mode, significant power causing additional heating of the SRT volume is achieved, a significant decrease in the heat flux from the film heaters to the environment through the fastening of the PP is achieved, which leads to a sharp decrease in the temperature gradients along the PP and, as a result, a noticeable increase in the temperature stability of the SRT.

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. However, such a quartz resonator has a relatively long standby time, due to the long-term establishment of the stationary temperature of the metal base heated by the transistor installed on it, which is caused by significant heat capacity and relatively low thermal conductivity of the base. In this case, the use of metals with high thermal conductivity for the manufacture of the base leads to an increase in the heat flux from the PP and the transistor through the base to the environment, and a significant decrease in the mass of the base due to a decrease in thickness is impossible due to the difficulties involved in securing isolated contacts in it.

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. The problem to which this invention is directed, is to create a CMT, devoid of the disadvantages inherent in the prototype. The technical result that the implementation of the invention provides is to reduce the MCT availability time without increasing its power consumption and degrading the frequency temperature stability.

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. This is achieved by the fact that in a CMT containing a vacuum housing, inside which a support base is fixed with a transistor placed on it to regulate the heating current, as well as contact petals, in which a piezoelectric plate with excitation electrodes, heaters and a temperature sensor deposited on it is installed, the support base made in the form of a dielectric ring with contact petals located on it and places for fixing it in a vacuum case, and the transistor is mounted on a metal plate a plate mounted on a dielectric ring in the spaces between the contact lobes and the fixing points of the dielectric ring in a vacuum housing.

Новым в изобретении является конструкция опорного основания. Указанный выше технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков. New in the invention is the design of the support base. The above technical result is provided by the totality of the essential features.

На фиг. 1 показана конструкция КРТ (без внутренних соединений); на фиг. 2 схема включения КРТ в кварцевый генератор. In FIG. 1 shows the design of the SRT (without internal connections); in FIG. 2 diagram of the inclusion of SRT in a crystal oscillator.

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. The SRT contains a vacuum case 1 (shown with the casing removed), in which there is a dielectric ring 2 with contact petals 3 located on it, in which a PP 4 (conditionally shown separately) is mounted with excitation electrodes 5 deposited on it, film heaters 6 and a temperature sensor 7, as well as a transistor 8 mounted on a metal plate 9, which is mounted on a dielectric ring 2 in the spaces between the contact petals 3 and the fastening points 10 of the dielectric ring 2 in a vacuum body 1.

Выводы возбуждающих электродов 5 подсоединяются к схеме автогенератора 11, выводы транзистора 8, нагревателя 6 и датчика температуры 7 включаются в схему терморегулирования 12. The leads of the exciting electrodes 5 are connected to the circuit of the oscillator 11, the leads of the transistor 8, the heater 6 and the temperature sensor 7 are included in the temperature control circuit 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. SRT works as follows. When applying a supply voltage to the circuit of the oscillator 11 and the temperature controller 12 in the PC, oscillations occur at a frequency close to the frequency of the series resonance. In this case, the temperature control system 12, due to the mismatch of the resistance of the temperature sensor with the value corresponding to the statization temperature, opens the transistor 8, which regulates the current through the film heaters 6, and almost all the power is dissipated in the film heaters 7, causing fast heating of the PC 4. After the PC reaches 4 the set temperature temperature control 12 locks the transistor 8 and almost all the power is dissipated in it, causing intense heating of the metal plate 9. The metal plate 9 has a high heat oprovodnost and light weight, which ensures its rapid and uniform heating. As a result, the transitional thermal process in such a CMT is significantly accelerated, which leads to a noticeable decrease in the MCT readiness time. In this case, the thermal losses of the SRT remain insignificant, since the heat flux from the heated PP 4 and the metal plate 9 into the environment passes through sections of the dielectric ring 2 having low thermal conductivity. In addition, the fastening of the heated metal plate 9 between the contact petals 3 and the fastening points 10 of the dielectric ring 2 in the housing 1 causes insignificant heat fluxes into the environment from the heaters 6 and, therefore, small temperature gradients according to PP 4, which ensures high temperature stability of the SRT frequency .

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.Implementation example. SRT in a vacuum evacuated glass case 1 with a diameter of 19 mm and a height of 30 mm. Inside the case, a dielectric ring 2 is fixed, made of C48-2 glass with a diameter of 13 mm. On the opposite sides of ring 2, contact petals 3 are installed in which the SC SC medium is mounted at a frequency of 10 MHz according to the third harmonic 4, on the surface of which exciting electrodes 5 are applied, nickel film heaters 6, and also a temperature sensor 7. The dielectric ring 2 is attached to the base of the evacuated housing 1 in two diametrically opposite places 10, located at an angle of 90 ^o to the line of location of the contact petals 3. The transistor 8 is attached with glue to a copper plate 9 with a thickness of 0.2 mm, mounted on dielectric ring 2 and 4 places located at an angle of about 30 ^o to the line of contact petals 3. The time to establish the frequency of such a SRT with an accuracy of 1E-8 is about 30 s with a heating current in stationary conditions of about 4 mA and temperature stability of the frequency of less than 1 • ( 10-8) in the temperature range (-30 + 70) ^o C. For comparison, the prototype frequency establishment time is about 1 min, the heating current is about 5 mA and the frequency temperature instability is about 1E-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. SRT, made in accordance with the invention, provides shorter than the similar SRT time to establish the frequency and has a low heating current and high temperature stability of the frequency.

Источники информации:
1. Справочник "Пьезоэлектрические резонаторы". Под ред. П.Е.Кандыбы, П. Г. Позднякова, М. Радио и связь, 1992, с. 362-364.Sources of information:
1. Reference "Piezoelectric resonators". Ed. P.E. Kandyba, P. G. Pozdnyakova, M. Radio and communications, 1992, p. 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. 2. I.V. Abramson, A.N. Dikiji, "Improvement of Characteristics of Quartz Resonator-termostat Winh Direct Heating the Piezoelement", Proceedings of 1992 IEEE Annual Frequency Control Symposium ", pp. 499-504, 1992.

Claims

A quartz resonator-thermostat, containing a vacuum housing, inside which a support base is fixed with a transistor placed on it to regulate the heating current, as well as contact petals, in which a piezoelectric plate is installed with exciting electrodes, heaters and a temperature sensor applied to it, characterized in that the support the base is made in the form of a dielectric ring with contact petals located on it and places for fixing it in a vacuum housing, and the transistor installed n on a metal plate fixed to the insulating ring in the spaces between the contact lugs and places fastening dielectric ring in an evacuated enclosure.