Разработка методов моделирования динамики высокоточных кварцевых генераторов и их основных элементов

• Автор: Коровайцева, Екатерина Анатольевна
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Состояние проблемы, цель и задачи исследования
1.1. Основные характеристики кварцевых изделий
1.2. Обзор исследований по влиянию качества поверхности на
добротность кварцевого резонатора
1.3. Состояние поверхностного слоя при различных видах
обработки

1.4. Влияние внутреннего трения на характеристики кварцевых
резонаторов
1.5. Влияние вибраций на характеристики кварцевых
резонаторов
1.6. Влияние зазора между электродами и кварцевым элементом на нестабильность частоты
1.7. Обзор исследований по расчету пьезопластин
1.8. Обзор методов исследования динамики кварцевых генераторов
1.9. Выводы. Цель и задачи исследования
ГЛАВА 2. Моделирование колебаний кварцевой пластины
2.1. Анализ планарных колебаний кварцевой пластины
2.2. Конечно-элементный анализ собственных колебаний
кварцевой пластины
2.3. Выводы
ГЛАВА 3. Моделирование динамики кварцевого генератора с учетом воздействия внешних вибраций
3.1. Моделирование динамики двухконтурного автогенератора как электрической схемы

3.2. Моделирование динамики кварцевого генератора как системы с распределенными параметрами
3.3. Исследование влияния внешних низкочастотных вибраций на динамику кварцевого генератора
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование и численное моделирование кинетики повреждений поверхностного слоя кварцевой пластины
4.1. Экспериментальное исследование добротности кварцевых пластин
4.2. Моделирование кварцевого резонатора с учетом качества поверхностного слоя
4.3. Факторы, влияющие на старение кварцевого резонатора
4.4. Обзор исследований по развитию трещин в кристаллах кварца
4.5. Сравнительный анализ причин развития трещин в кристалле кварца и причин старения кварцевых резонаторов
4.6. Моделирование кинетики повреждений поверхностного слоя в кварцевой пластине
4.7. Экспериментальное исследование развития поврежденного слоя в кварцевой пластине
4.8. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Одним из приборов, широко применяющихся в современной электронной аппаратуре и имеющих определяющее значение для качества ее работы, является кварцевый генератор (рис. В1).
Рис. В1. Кварцевый генератор
Кварцевый генератор представляет собой прибор, генерирующий электрические колебания, основным элементом которого является кварцевый резонатор (рис. В2). Кварцевый резонатор состоит из покрытой электродами кварцевой пластины, закрепленной в держателе и, как правило, находящейся в корпусе. ч
Рис. В2. Типовая конструкция кварцевого резонатора
В последние годы в связи с ужесточением требований к параметрам качества кварцевых генераторов остро встает йопрос о возможности
' - ' ' . I
численного моделирования процессов, происходящих в генераторах и их элементах, в том числе при воздействии различных внешних факторов.

беззазорной конструкцией. Так, декремент колебаний и старение значительно снижаются, а добротность увеличивается. Наличие зазора облегчает точную подстройку частоты резонаторов к номинальному значению. Однако такая конструкция имеет некоторые недостатки, например, снижение фазовой стабильности в условиях вибраций. Кроме того, в зависимости от размера зазора возникают акустический резонанс и ионизационный эффект. Постоянство зазора зависит от таких явлений, как механические и температурные воздействия, старение металла и диэдектриков. А изменение зазора между электродами и кварцевым элементом оказывает большое влияние на стабильность частоты и декремент колебаний, причем, например, увеличение ширины зазора может привести и к уменьшению, и к увеличению частоты и декремента колебаний.
По данным [53], влияние зазора тем больше, чем Меньше его ширина. При таких размерах зазора, когда в нем укладывается целое число акустических полуволн, декремент колебаний резко возрастает и частота колебаний резонатора повышается. Если изменить зазор на ширину, соответствующую 1% длины акустической волны, то акустический резонанс уже не влияет на ход зависимости декремента колебаний и частоты от ширины зазора. Поэтому в первом приближении влияние акустического резонанса не учитывается и изменение частоты и декремента колебаний с увеличением зазора считается плавным.
Явление акустического резонанса имеет место в диапазоне обычных
давлений. С уменьшением зазора между кварцевой пластиной и электродами
давление в среде уменьшается, а потери на трение увеличиваются
определенных диаметрах электродов при изменении давления среды резко
меняется добротность, что связано с потерями на ионизацию слоев воздуха,

прилегающих к поверхности кварца (рис. 1.16, кривая 2). Дальнейшее
увеличение зазора между кварцевым элементом и электродами (рис. 1.16,