ознаттет, что сдвиги фаз между /ыт! и Uux вызовут меньшие измене- ния частоты контура, чем те же сдвиги у контура с меньшей добротностью. Таким образом, в контуре с большей добротностью вносимое сопротивление Хн в меньшей степени влияет на его резонансную частоту.

По существующим международным нормам абсолютная нестабильность связных передатчиков для радиосвязи в декаметровом диапазоне не должна превышать ±20 Гц, а радиовещательных - ±10 Гц. Однако во многих случаях абсолютная нестабильность современных передатчиков существенно ниже.

§ 7.2. Кварцевые резонаторы

Как было показано в § 7.1, для реализации высокой стабильности частоты автогенератора его эквивалентный контур должен помимо высокой добротности обладать пара.метрами, мало изменяющи.мися во времени при во,здействии внешних дестабилизирующих факторов. Автогенераторы на LC-контурах не обеспечивают стабильности, требуемой по современным нормам. Поэтому в современных передатчиках в качестве высокостабнльного генератора применяют генераторы с кварцевой стабилизацией. В качестве высокостабильной и высокодоброт-(юй колебательной системы в подобных генераторах используют кварцевые резонаторы.

Кварцевый резонатор представляет собой пластину, вырезанную из кристалла кварпа и помещенную между двумя метал, лическими обкладками, назыв земыми электродами. Крепление квар-

Рис. 7.2

Цевой пластины осуществляют с помощью кварцедержателей. Кварц является }фисталлическим минералом естественного или искусственного происхождения. Характерным для кварца является постоянство свойств, высокая упругость и большая твердость. Кристалл кварца по форме близок к шестигранной призме, ограниченной сверху и снизу Шестигранными пирамидами (рис. 7.2, а). У него различают следующие оси (рис. 7.2, а, б): оптическую ZZ, проходящую через вершины пирамид; три электрические XX, проходящие через противоположные углы шестиугольника сечения призмы, и три механические YY,

проходящие через середины противоположных сторон плестиуголь-нйка.

Свойства кварцевой пластины зависят как от ее размеров и формы, так и от плоскости, в которой осуществляется ее срез (плоскости среза). Срезы, при которых ребра пластины параллельны осям кристалла кварца, называют прямыми. Преимущественное распространение получили косые срезы, при которых ребра кварцевой пластины составляют с осями кристалла некоторый угол. В зависимости от этого угла различают несколько типов пластин с косыми срезами, отличающихся друг от друга температурными характеристиками.

Кварцевые пластины имеют различную форму. Их выполняют в виде плоскопараллельных пластин (рис. 7.2, в), стержней или плосковыпуклых линз.

Электроды делают в виде токопроводящих пластин, расположенных вблизи поверхности кварцевой пластины или пленки (обычно из никеля, серебра или золота), контактирующей с ее поверхностью. Изготовление электродов с помощью металлизации кварцевой пластины позволяет полностью избавиться от зазора между электродами и кварцем, что дает возможность повысить добротность резонатора.

Кварцедержатели изготовляют с помощью струн, припаянных к металлизированным покрытиям, а также иголок и пружин. Для уменьшения вносимого сопротивления точки подсоединения струн или иголок должны совпадать с узлами механических колебаний.

Для защиты от воздействия влаги кварцевый резонатор помещают в герметический балон. Для повышения добротности резонатора воз-,т,ух из баллона удаляется, чтобы он не оказывал сопротивление колеблющейся кварцевой пластине. Однако при этом ухудшаются условия отвода от него тепла, что сказывается на его стабильности. Для обеспечения оптимальной температуры применяют термостатпрование резонатора.

Кварцевые пластины обладают пьезоэлектрическим эффектом. При деформации кварцевой пластины (в общем случае при каком-то механическом воздействии) на ее поверхности появляются электрические заряды (прямой пьезоэлектрический эффект), при действии электрического поля в пластине возникают механические деформации (обратный пьезоэлектрический эффект). Характер деформации пластины зависит от полярности приложенного напряжения; если напряжение переменное, то в пластине возникают механические (упругие) колебания. Таким образом кварцевая пластина преобразует подводимое к ней электрическое колебание в механическое и, наоборот, механическое колебание в электрическое.

Кварцевая пластина, как всякое упругое тело, обладает резонансной частотой механических колебаний, зависящей от размеров пласт;!-ны. Чем меньще размеры кварцевой пластины, тем выше резонансная частота механических колебаний. Следовательно, можно подобрать такие размеры кварцевой пластины, чтобы ее резонансная частота механических колебаний была близка к частоте переменного напряжения, прикладываемого к пластине. Будучи вкл.юченным в электрическу гО mabi резонатор для электрических колебаний представляет собой обыч-

ную резонансную систему, т. е. резонатор обладает свойсгвзми колебательного контура.

Параметры такого контура отличаются от параметров LC-контура. Во-первых, в таком контуре внешние воздействия мало влияют на резонансную частоту; во-вторых, контур обладает очень высокой добротностью, составляющей величину порядка 10* - 10 . Напомним, что LC-контурьг в диапазоне KB имеют добротность не выше 200- 300, а в диапазоне СВЧ - до 10*.

Электрический эквивалент кварцевого резонатора (рис. 7.3, а) с электродами в виде пленки на кварцевой пластине, показанный иа рис. 7.3, б, представляет собой электрическую схему, которая имеет такие же полные электрические сопротивления, что и кварцевый резонатор на частотах вблизи резонанса На этой схеме индуктивность характеризует колеблющуюся массу

кварцевой пластины; емкость С - ве- 0

личину, обратную упругости пластины; сопротивление учитывает потери на трение, а также потери энергии при преобразовании механических колебаний в Р электрические; емкость Со - это емкость между выводами кварцевого резонатора на частотах, отличных от резо-

7j 0

нансной.

Суть физических процессов, проис- Рис. 7.3

ходящих в электрической цепи с кварцевым резонатором, можно пояснить следующим образом. Положим, что к электродам кварцевого резонатора подключили источник переменного напряжения. Тогда ток в цепи этого источника возникает за счет того, что: 1) кварцевый резонатор обладает свойствами обыкновенного конденсатора, емкость которого Со определяется площадью электродов, толщиной кварцевой пластины и диэлектрической проницаемостью кварца; 2) появляется составляющая тока в цепи источника напряжения, обусловленная пьезоэлектрическим эффектом кварцевой пластины. Действительно, переменное напряжение, приложенное к пластине, вызовет в ней механические колебания, которые, в свою очередь, приведут к возникновению на кварнедержателях переменного электрического напряжения. Это напряжение создает в цепи вторую составляющую тока.

Если частота напряжения, приложенного к кварцевому резонатору, совпадает с резонансной частотой механических колебаний пластины, то малое электрическое напряжение вызывает в пластине сильные механические колебания. Э.д. с, появляющаяся за счет пьезоэлектрического эффекта, складываясь с напряжением внешнего источника, приводит к многократному увеличению тока. Таким образом, переменный ток от источника ВЧ-колебаний преобразуется сначала в механические колебания кварцевой пластины с требуемой резонансной частотой, а затем обратно в увеличенный по амплитуде переменный ток. Значения к, С и /-jt зависят от размеров кварцевой пластины, типа среза, ида кварцедержателей, свойств кварцевого материала и т. д. На-