П’єзоелектричний резонатор з керуванням частоти

Реферат: П'єзоелектричний резонатор з керуванням частоти містить кристалічний п'єзоелемент, збуджуючий електрод, розташований на одній поверхні кристалічного п'єзоелемента, утримувач кристалічного елемента та корпус. На протилежній поверхні кристалічного п'єзоелемента розташована множина електродів, причому кожен з електродів з'єднаний з виходом формувача градієнта електричного поля. UA 101928 U (54) П'ЄЗОЕЛЕКТРИЧНИЙ РЕЗОНАТОР З КЕРУВАННЯМ ЧАСТОТИ UA 101928 U UA 101928 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель відноситься до радіоелектроніки і може використовуватися у високостабільних автогенераторах, модуляторах і фільтрах з керуванням частоти. Відомий кварцовий резонатор [1], що містить кристалічний елемент, розміщений із зазором між двома кристалічними пластинами, на внутрішніх гранях яких розташовані електроди, що збуджують, і введено два додаткові електроди, кожен з яких розташований на зовнішній грані відповідній кристалічній пластині, причому збуджуючий електрод, розташований на одній кристалічній пластині, сполучений з додатковим електродом, розташованим на іншій кристалічній пластині. Недоліком відомого кварцового резонатора є неможливість перебудови його частоти в процесі експлуатації. Найбільш близьким по технічній суті до пропонованого є п'єзоелектричний резонатор з керуванням частоти [2], який містить кристалічний елемент і два збуджуючих електроди, розташовані співвісно площині кристалічного елемента, утримувач кристалічного елемента та корпус, перший електрод закріплено нерухомо відносно кристалічного елемента, а другий електрод закріплено на рухомому якорі лінійного електродинамічного приводу, причому лінійний електродинамічний привод закріплено нерухомо і співвісно кристалічному елементу до корпусу та складається з обмотки індуктора, рухомого якоря та пружини, якір розміщено на обмотці індуктора з боку кристалічного елемента і закріплено пружиною до корпуса. Недоліком його є наявність електромеханічного модулятора міжелектродного зазору, що обмежує швидкість управління частотою та збільшує потужність сигналу керування. Задачею корисної моделі є підвищення швидкодії та зменшення потужності сигналу керування при збереженні можливості динамічної зміни частоти і (або) фази п'єзоелектричного резонатора. Дана задача досягається тим, що в п'єзоелектричному резонаторі з керуванням частоти, який містить кристалічний п'єзоелемент, збуджуючий електрод, розташований на одній поверхні кристалічного п'єзоелемента, утримувач кристалічного елемента та корпус, на протилежній поверхні кристалічного п'єзоелемента розташована множина електродів, причому кожен з електродів з'єднаний з виходом формувача градієнта електричного поля. На фіг. 1 показано конструкцію п'єзоелектричного резонатора з керуванням частоти. П'єзоелектричний резонатор з керуванням частоти містить кристалічний п'єзоелемент 1, на одній поверхні якого розташований збуджуючий електрод 2, утримувач кристалічного елементу 3 та корпус 4, множина електродів 5, розташованих на протилежній поверхні кристалічного елементу, причому кожен з електродів з'єднаний з виходом формувача градієнта електричного поля 6. П'єзоелектричний резонатор з керуванням частоти працює наступним чином. При включенні п'єзоелектричного резонатора з керуванням частоти в електронну схему на збуджуючий електрод 2, розташований на одній поверхні кристалічного п'єзоелемента 1 та на множину електродів 5, розташованих на другій поверхні кристалічного п'єзоелемента 1 подають електричний сигнал збудження U3B і в кристалічному п'єзоелементі 1 збуджуються механічні коливання за рахунок п'єзоефекту. Формувач градієнту електричного поля 6, який утворений на базі керованих активних опорів, дозволяє розподілити електричні потенціали по поверхні кристалічного п'єзоелемента 1 згідно з бажаним законом та сформувати градієнт електричного поля збудження вздовж осі Х3, який характеризується коефіцієнтом kn. Закон розподілу електричного потенціалу по поверхні кристалічного п'єзоелемента можливо змінювати впливом сигналу керування частотою UУ на керовані активні опори формувача градієнту електричного поля 6, тим самим, впливати на величину коефіцієнта kn. Рівняння стану п'єзоелектрика з градієнтом поля уздовж напряму Х3 у розгорнутій формі описується системою рівнянь [3]:   2u1  2u1  2  2  C 44  e11  e14    2u1 C 44 2 2 2 x 2x 3 x 2 x 3 x 2  , (1)   2u1  2u1  2  2  e11  e14  11  33 0  2 x 2x 3 x 2 x 2 x 3 2 2  де С44- коефіцієнт пружності; е11,е14 - п'єзоелектричний коефіцієнт; ε11,ε33 - діелектричний коефіцієнт; ρ - щільність матеріалу кристалічного п'єзоелемента; ω - кутова частота; φ потенціал електричного поля; u1- зміщення уздовж напряму Х3. Рішення системи рівнянь (1) зводиться до рівняння: 1 UA 101928 U C 44 11 2  e11  xu 4 1 4 2  4u1  C 44  33 4 x 3   2u1  2u1    11   33  2 x 2 x 3   2    2  C 44 11   33   e11  u  x x 4 2 2 1 2 3  2e11e14  2u1 x 3 x 3 2  (2) 2 2 З якого при підстановці u1(х2,х3) = (1+kх 3)u1 sin(ηx2) отримаємо дисперсійне співвідношення:  5 10 15 20 25 30     2 2 1 C44 11  e12 4  2 C44 11  33   e14 k n2 , (3)  112  233 k n де kn - коефіцієнт градієнта; η - хвильове число. Таким чином, управління градієнтом електричного поля збудження п'єзорезонатора призводить до змінювання резонансної частоти без необхідності застосування електромеханічного модулятора, що знімає обмеження швидкості управління частоти та зменшує потужність сигналу керування. Технічний результат запропонованої корисної моделі полягає в тому, що за рахунок наявності множини електродів збудження та використання формувача градієнту електричного поля, при збереженні можливості динамічної зміни частоти і фази п'єзоелектричного резонатора, досягається підвищення швидкодії та зменшення потужності сигналу керування. Джерела інформації: 6 1 А. с. SU1299445 Α1 СССР, МКИ Η 03 Η 9/15. Кварцевый резонатор / И.В.Абрамзон, А.Н.Дикиджи, В.Г.Тихомиров (СССР). - опубл. 10.01.1996, Бюл. № 28. 8 2. Патент UA57121 Україна МПК Н03Н 9/00 П'єзоелектричний резонатор з керуванням частоти / СВ. Хуторненко, В.М. Савченко, Д.А. Семенець та ін. -№ u201009357; заявл. 26.07.2010; опубл. 10.02.2011, Бюл. № 3. 3. Васильчук Д.П. Модель толщинных колебаний пьезоэлектрических пластин с градиентным полем управления / Лебідь А.Г., Семенець Д.А., Васильчук Д.П. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: ДонНТУ, 2013. - №2(25). – С. 239-245. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ П'єзоелектричний резонатор з керуванням частоти, який містить кристалічний п'єзоелемент, збуджуючий електрод, розташований на одній поверхні кристалічного п'єзоелемента, утримувач кристалічного елемента та корпус, який відрізняється тим, що на протилежній поверхні кристалічного п'єзоелемента розташована множина електродів, причому кожен з електродів з'єднаний з виходом формувача градієнта електричного поля. 2 UA 101928 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3