Кварцевые резонаторы

Мы имеем широкую географию поставок и готовы осуществлять производство и оптовые поставки кварцевых резонаторов во все промышленные центры Российской Федерации, такие как: Москва и Подмосковье | Санкт-Петербург | Новосибирск | Екатеринбург | Нижний Новгород | Самара | Казань | Омск | Челябинск | Ростов-на-Дону | Уфа | Пермь | Волгоград | Красноярск | Воронеж | Саратов | Краснодар | Тольятти | Барнаул | Ульяновск | Ижевск | Ярославль | Владивосток | Тюмень | Хабаровск | Иркутск | Новокузнецк | Оренбург | Томск | Кемерово | Рязань | Набережные Челны | Пенза | Астрахань | Липецк | Улан-Удэ | Якутск | Чита

Ознакомиться с продукцией Вы можете по следующим ссылкам:

каталог серийных кварцевых резонаторов,

каталог перспективных кварцевых резонаторов.

Качество схемы, в которую входят кварцевые резонаторы, определяют такие параметры, как допуск по частоте (отклонение частоты), стабильность частоты, нагрузочная емкость, старение.

По типу корпуса данные резонаторы могут быть выводные для объемного монтажа и для поверхностного монтажа (SMD).

Особенностью кварцевых резонаторов является их высокая температурная стабильность в течение длительного времени, достижение больших значений добротности эквивалентного колебательного контура, большая долговечность, малые размеры устройства.

Нашим предприятием производятся следующие виды резонаторов:

Серийные изделия

Особенности резонатора Тип резонатора Диапазон номинальных частот, МГц Приемка Тип корпуса Страница каталога
Резонаторы пьезоэлектрические вакуумные в металлостеклянных корпусах
 Кварцевый, микроминиатюрный РК103 МР 12; 40 1 МР 20
РК418 от 4 до 165 1 МН
МР
ММ
21
РК418С от 9,99 до 10,01
от 12,79 до 12,81
1 МР 22
РК418Т от 9,2 до 165 1 МН
МР
ММ
23
РК440 от 3,2 до 165 1 МИ1
МИ5
24
РК466 от 4 до 165 5 МН
МР
МИ1
МИ5
25
РК466Т от 9,2 до 13 5 МН
МР
26
РК466С от 9,2 до 13 5 МН
МР
27
Резонаторы пьезоэлектрические герметизированные в металлостеклянных и металлокерамических корпусах
 Кварцевый, микроминиатюрный РК419 от 4 до 165 1 МН
МР
ММ
28
РК419Т от 9,2 до 13 1 МН
МР
ММ
29
РК419Р от 9,2 до 13 1 МР 30
РК467 от 4 до 165 5 МН
МР
МИ1
МИ5
31
РК467Т от 9,2 до 13 5 МН
МР
32
РК467С от 9,2 до 13 5 МН
МР
33
РК536 от 8 до 200 1 СМД7
СМД6
СМД5
34
Резонаторы пьезоэлектрические универсальные
 Кварцевый, микроминиатюрный, вакуумный и герметизированный,
 под поверхностный монтаж и монтаж в отверстия печатной платы,
 с применением технологии обратной мезаструктуры
РК560 от 4 до 400 5 МИ1
МИ5
СМД7
СМД5
35
 Лангаситовый, микроминиатюрный, вакуумный и герметизированный,
 под поверхностный монтаж и монтаж в отверстия печатной платы,
 с применением технологии обратной мезаструктуры
РЛ561 от 4 до 400 5 МИ1
МИ5
СМД7
СМД5
36

Перспективные изделия

Особенности резонатора Тип резонатора Диапазон номинальных частот, МГц Приемка Тип корпуса Страница каталога
Резонаторы пьезоэлектрические вакуумные в металлостеклянных корпусах
 Кварцевый, микроминиатюрный РК542 от 4 до 165 1 ММ
МН

МР
МИ1
МИ5
16
Резонаторы пьезоэлектрические герметизированные в металлостеклянных и металлокерамических корпусах
 Кварцевый, микроминиатюрный под поверхностный монтаж РК524 от 8 до 200 5 СМД7
СМД6
СМД5
17
 Кварцевый, микроминиатюрный РК543 от 4 до 165 1 ММ
МН

МР
МИ1
МИ5
СМД7
СМД5
18

 Эскизы корпусов кварцевых резонаторов

Тип МИ1 Тип МИ5
Тип МН Тип МР
Тип ММ

По вопросам, связанным с разработкой, производством и поставками резонаторов,
вы можете обратиться через контактные данные.

Общая информация

Кварцевые резонаторы являются элементами, которые помогают приемникам и передатчикам говорить на одной волне. Когда связь и радиовещание начали стремительно развиваться, перед конструкторами встал ряд задач по созданию, совершенствованию и эффективности работы передающей и приемной аппаратуры.

К числу этих задач относились:

  • повышение стабильности повышаемых частот;
  • улучшение избирательных свойств приемной аппаратуры.

Решение поставленных задач упиралось в создание принципиально новых типов колебательных систем. Такими колебательными системами стали пьезокварцевые резонаторы, которые по настоящее время находят широчайшее применение в самых различных отраслях: от радиовещания до астрономии.

История создания

Впервые пьезоэлектрический эффект был открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 году. Но, еще в 1756 г. российско-германский ученый Ф. Эпинус совершил открытие, согласно которому, при нагревании кристалла (в данном случае турмалина) на его гранях образуются электрические заряды. Явление было названно пироэлектрическим эффектом. Ф. Эпинус предположил, что причиной образования зарядов при нагревании кристалла, является неравномерное нагревание поверхностей, в следствии чего в кристалле возникают механические напряжения. 

Так же Эпинус указал на то, что стабильность полюсов на концах кристалла зависит от его кристаллической структуры и фимического состава, и, тем самыс, приблизился к открытию пьезоэлектрического эффекта.

Братья П. и Ж. Кюри, в своих экспериментах с деформацией кристаллов, наблюдали образование на поверхности кристаллических пластинок, вырезанных под разными углами из кристалла кварца, электростатических зарядов под действием механических напряжений. (Иными словами, братья Кюри изгибали кварцевые пластинки и замеряли заряды на поверхности пластинок). Заряды изменялись пропорционально механическому воздействию, меняли знак и исчезали при снятии воздействия. Так же Кюри проводили опыты с другими кристаллами.

Так был открыт прямой пьезоэлектрический эффект, как свойство твердых кристаллических диэлектриков образовывать внутри себя полярность и электростатических зарядов на своей поверхности при механическом воздействии.

Французский физик Липпман в 1881 г. после ознакомления с работами Кюри предположил существование обратного пьезоэффекта, который в том же году братья Кюри подтвердили экспериментально. Первым использовал этот эффект француз Поль Ланжевен в часовом резонаторе гидролокатора перед первой мировой войной. Первый кристаллический резонатор, работающий на сегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М. Николсоном из американской компании Bell Telephone Laboratories, хоть это и оспаривалось Уолтером Гейтоном Кэди, который изготовил кварцевый резонатор в 1921 году. Некоторые улучшения в кварцевые резонаторы вводились позже Льюисом Эссеном и Джорджом Вашингтоном Пирсом.

Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920–30-х годах прошлого века. Начиная с 1926 года, кварцевые резонаторы на радиостанциях использовались в качестве элементов, задающих несущую частоту. В то же время резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 000 единиц.

Русские ученые также изучали свойства кварца. Выдающийся физик А.Ф. Иоффе в 1915 году получил степень доктора физики за исследование упругих и электрических свойств кварца. Далее развитие пьезокварцевой техники зарождалось и продвигалось, опираясь на работы Шубникова, лауреатов Сталинской премии Коваленка, Шембеля и других.

Пьезоэлектрический эффект

Что же представляет собой пьезоэлектрический эффект? Он наблюдается в некоторых кристаллических веществах (например, кварц, турмалин и др.) и заключается в том, что механическая сила, приложенная к определенным граням кристалла за счет его деформации, вызывает электрический заряд. Величина заряда пропорциональна прикладываемой силе. Это называется прямой пьезоэлектрический эффект. Обратный пьезоэффект состоит в том, что электрическая поляризация кристалла, сопровождается его деформацией сжатием или растяжением, что зависит от знака заряда. Прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты кварцевых пластин лежат в основе радиоэлектронного прибора кварцевого резонатора. При совпадении частоты приложенного к кварцу переменного высокочастотного напряжения с одной из его собственных механических резонансных частот, возникает явление электромеханического резонанса, приводящее к резкому увеличению электрической проводимости, а в сущности, к изменению динамического сопротивления кристалла.

Пьезоэлектрические пластины, используемые в качестве электромеханических колебательных систем, изготавливаются из кристаллического кварца. Следует знать, что пьезоэлектрическим эффектом обладает только низкотемпературный кварц. Такой кварц химически устойчив, не растворяется в кислотах (за исключением плавиковой) и отличается высокой твердостью 7 единиц при 10-балльной шкале.

Если кварцевую пластину поместить между двумя металлическими пластинами-электродами, закрепить держателем и подключить к электродам переменную разность потенциалов, то посредством пьезоэлектрического эффекта в кристалле возникнут колебания.

Геометрия пластины

Кварцевые пластины вырезаются под различным углом к осям кристалла. Исторически первые пластины вырезались перпендикулярно электрической оси, имели прямоугольную форму и колебались продольно. Такой выбор объяснялся тем, что в таких пластинах пьезоэффект максимален. Однако подобные резонаторы имеют и существенные недостатки: наличие побочных резонансов и температурную нестабильность. Поэтому в настоящее время такие резонаторы применяются редко.

Попытки усовершенствовать кварцевые резонаторы привели к созданию «косых» срезов, которые более сложны в изготовлении, но обладают массой достоинств, одни из которых высокая температурная стабильность и малое количество побочных резонансов. От геометрии пластины напрямую зависит и резонансная частота кварца. В практике используются десятки видов срезов кристаллических элементов, удовлетворяющих всему многообразию требований к кварцевым резонаторам как по параметрам, так и по их геометрическим размерам, часто лимитируемым конструкцией аппаратуры. Геометрия пьезоэлемента подбирается так, чтобы связанные колебания сдвига по контуру и колебания изгиба не влияли на частоту или чтобы их связь с основным резонансом не проявлялась в пределах рабочего интервала температур.

Резонансная частота является важным параметром, характеризующим кварцевые резонаторы. В настоящее время выпускаются кварцы на резонансные частоты от сотен герц до сотен мегагерц. Кварцевые резонаторы, предназначенные для работы в низкочастотном диапазоне, обычно резонируют на основной (или, как ещё говорят, фундаментальной) гармонике. Исходный кристалл при изготовлении таких резонаторов распиливается параллельно одной из осей кристаллической решетки. Для высокочастотных резонаторов кристалл пилится по другим осям, а вот «гармониковые» кварцы, предназначенные для работы на частотах доходящих вплоть до 150–300 МГц, изготавливают особенно тщательно.

Элементы кварцевых резонаторов

Итак, кварцевые резонаторы состоят из следующих деталей:

  • пьезоэлектрический элемент (пьезоэлемент) — пластина, стержень или тело иной формы из пьезоэлектрика, имеющие определенные размеры и ориентацию относительно кристаллографических осей или определенное направление поляризации (для керамики) с электродами;
  • электроды — проводящие пластины, расположенные вблизи кристалла, предназначенные для приложения внешнего электрического напряжения или съема пьезоэлектрических зарядов;
  • корпус — оболочка, предохраняющая пьезоэлемент от внешних механических и климатических воздействий и имеющая выводы для соединения с внешней электрической цепью;
  • держатель — устройство для фиксации положения пьезоэлемента в корпусе кварцевого резонатора или на плате функционального пьезоэлектрического прибора;
  • отражатель — компактная относительно массивная деталь в виде шайбы, шарика или тела иной формы, устанавливаемая на проволочных держателях для предотвращения потерь энергии вследствие распространения по ним возбужденных ПЭ механических колебаний;
  • пьезоэлектрическая подложка (пьезоподложка) — пластина из пьезоэлектрика с пленочными электродами, на которой расположены также элементы другого функционального назначения.

Кварцевый резонатор имеет лучшие характеристики, чем другие приборы для стабилизации частоты (колебательные контуры, пьезокерамические резонаторы): стабильность по частоте (уход частоты) и температуре (изменение частоты резонанса в зависимости от температуры окружающей среды).

Характеристики

К числу важнейших факторов, которые характеризуют качество кварцевого резонатора, относят добротность, температурный коэффициент частоты и моночастотность:

  • термостабильность кварцевого резонатора — это зависимость частоты кварца от температуры, понятно, что чем меньше частота изменяется от температуры, тем лучше;
  • добротность это отношение резонансной частоты к полосе пропускания, обладая самой высокой добротностью Q ~ 100.000–10.000.000, кварцевые резонаторы имеют также высокую температурную стабильность и низкую долговременную нестабильность частоты (0.000001–0.00000001 за 10–25 лет);
  • моночастотность кварцевых резонаторов в значительной степени определяется параметрами тонкопленочных электродов, так, с повышением частоты резонаторов для обеспечения «чистого» спектра масса электродов, нагружавшая кристалл, уменьшается.

Частотный коэффициент является одной из величин, характеризующих кварцевый резонатор. Иногда его ещё называют волновым коэффициентом. Он связывает резонансную частоту пьезоэлемента с его размерами, определяющими частоту данного cpeзa. Частотный коэффициент зависит от плотности кварца и его упругости. Также частотный коэффициент зависит и от угла среза кристаллического элемента.

Виды кварцевых резонаторов

По типу корпуса кварцевые резонаторы могут быть выводные для объемного монтажа (стандартные и цилиндрические) и для поверхностного монтажа (SMD). Кварцевые резонаторы могут изготавливаться различной конструкции, иметь разнообразную «упаковку» (корпуса могут быть пластмассовые, стеклянные, металлические, самых разных форм и размеров), но все они предназначены для стабилизации частоты в радиоэлектронных устройствах.

Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы различают:

  • по назначению (генераторный, фильтровый и т.д.);
  • по заполнению внутреннего объема корпуса (негерметизированный, герметизированный, вакуумный и др.);
  • по порядку колебаний пьезоэлемента;
  • по числу электромеханических резонансных систем (одинарный, сдвоенный и т.д.).

Активность кварцевых резонаторов является важнейшим параметром для успешной эксплуатации этих приборов. Активность пьезоэлектрического резонатора — качественная характеристика оценки способности кварцевого резонатора возбуждаться в определенных условиях. Активность резонатора не определяется полностью его собственными параметрами. Емкость схемы, в которой работает кварцевый резонатор, оказывает огромное влияние на его активность.

Практически определены оптимальные значения нагрузочной емкости для резонаторов, работающих в схеме на основной частоте колебаний и на механических гармониках. В первом случае нагрузочная емкость должна быть в пределах от 20 до 100 пФ (стандартизованные значения 20, 30, 50 и 100 пФ) и дпя резонаторов, работающих на механических гармониках (на частотах выше 15 МГц) в схемах последовательного резонанса 12, 15,120 и 30 пФ. Такие нагрузочные емкости обеспечивают сочетание высокой активности и хорошей стабильности частоты.

Режим работы кварцевого резонатора значительно ухудшается, если эксплуатировать его без учета влияния параметров схемы генератора на параметры резонатора. Условия работы кварцевого резонатора и его активность в большой мере зависят от параметров колебательного контура и режима работы кварцевого генератора.

В кварцевых резонаторах, применяемых в фильтрах, используются в основном те же виды колебаний, что и в генераторных кварцевых резонаторах. В фильтрах применяются двух- и четырехэлектродные вакуумные кварцевые резонаторы. В специальных схемах многозвенных кварцевых фильтров наиболее часто используются четырехэлектродные резонаторы как более экономичные. Наличие в любом пьезоэлементе нежелательных резонансных частот наряду с основной частотой колебаний заставляет особенно тщательно выбирать тип среза пьезоэлемента при использовании его в фильтровой схеме. Необходимо, чтобы его нежелательные резонансы были сдвинуты относительно основной частоты, а также не участвовали в основных колебаниях и не влияли на характеристику фильтра. Величина нежелательных резонансов и их сдвиг относительно основной частоты являются определяющими при выборе кварцевых резонаторов для электрических фильтров.

Для уменьшения ухода частоты резонаторов в широких пределах изменения температур используют термостатирование. Кварцевый резонатор помещают в термостат, в котором автоматически поддерживается постоянная температура.

На эквивалентные параметры кварцевых резонаторов влияет ряд причин. Следует отметить, что для практического использования существенно не само значение какого-либо эквивалентного параметра, а его изменение, вызванное переменами влияющего фактора. Динамические параметры кварцевого резонатора определяются физическими константами кварца и размерами. Эти параметры сильно зависят от внешних факторов (например, изменения механического контакта крепления пьезоэлементов в держателе).

Применение резонаторов

Следует отметить, что благодаря своим свойствам кварцевые генераторы получили широкое применение.

Многие измерительные приборы работают с помощью кварцевых генераторов, т.к. они обеспечивают высокую точность измерений. Сконструированы специальные стандарты частоты или первичные эталоны частоты с генератором, стабилизированным пьезоэлектрическим кварцевым резонатором. Пьезокварцевая пластина используется как резонатор в эхолоте для обнаружения находящихся в воде объектов, исследования рельефа морского дна, определения местонахождения рифов и отмелей. Это позволило изучить океан даже в самых глубоководных местах и создать точнейшие карты морских глубин.

А так как относительное изменение частоты кварцевой пластины под влиянием температуры при соответствующей технологии ее изготовления может быть сведено до минимума и исчисляется значениями 10 и меньше, был создан прибор для точного измерения времени и частоты — кварцевые часы.

Потребность в кварцевых резонаторах различных типов постоянно растет. Этому способствует постоянно расширяющиеся области их применения, высокие метрологические характеристики, рентабельность их серийного производства, а также другие рассмотренные выше параметры качества и эффективности в работе. Избирательный, ярко выраженный резонансный характер сопротивления этих компонентов определяет основные области применения кварцевых резонаторов — высокостабильные генераторы тактовых сигналов и опорных частот, цепи частотной селекции, синтезаторы частоты и т. д.

кварцевые резонаторы | кварцевые фильтры | кварцевые генераторы
©1997–2011 ООО НПП «Метеор-Курс»; 404130, Россия, г. Волжский, ул. Горького, 1; тел: +7 (8443) 34-22-48, факс: +7 (8443) 34-20-90