Криотехника кварцевого резонатора [X-tal]

 [criotechnics for quartz X-tal]

           Как изменяется частота кварцевого резонатора при охлаждении? Ответ на этот вопрос не может быть однозначным, все зависит от конфигурации резонатора, от его рабочей плоскости. И главное, что нужно понять - характеристика частота/температура -линейная лишь в узкой области рабочих температур. Хорошая книга по резонаторам И. В. Хоменко, А. В. Косых "КВАРЦЕВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ И ГЕНЕРАТОРЫ" [1].
              Используем график, показывающий частотные свойства из данной книги. Хорошо видны экстремумы (точки смена знака функции).

"Для АТ-резонаторов при изменении угла среза происходит поворот ТЧХ относительно точки перегиба графика (температура перегиба 25…27 °С [13, 14]) и изменение положений точек экстремума (максимум и минимум отклонения частоты). Для различных диапазонов рабочих температур можно выбрать оптимальный срез по минимальному отклонению частоты. Интервал температур, на краях которого отклонения частоты по абсолютным значениям равны отклонениям частоты в экстремальных точках, является оптимальным для резонатора с выбранной ТЧХ. Например, для диапазона –40…+90 °С оптимальным по данному критерию является угол среза yxl/+35°4', а для диапазона –20…+70 °С – угол среза yxl/+35°2'. В первом примере отклонение не превышает ±8x10–6,во втором ±3х10–6." [1]
Рекомендация, рекомендацией, а практически данные по продаваемым кварцевым резонаторам скудные.
               Приходится покупать и тестировать практически, чтобы понять их характеристики.
Первоначальные опыты по измерению частот на двух температурах: +24 и 0, почти не показывают поведение резонатора на интервале температур см.http://lavrinenkov.blogspot.com/2020/01/hc49s-hc49u-smd.html  поэтому я провел опыты по непрерывному охлаждению резонаторов от температуры +24 до температуры -18 градусов, используя морозильную камеру см.http://lavrinenkov.blogspot.com/2020/01/blog-post.html
Наиболее интересные экземпляры, я остужу до температуры -30 градусов, используя элемент Пельтье, и максимальный холодильный режим в морозилке.
Отметим здесь, что КПД элемента Пельтье снижается, со снижением температуры окружающей среды. Так в помещении с температурой +24 градуса, температура холодной пластины снижалась до +10 градусов, т.е. на 14 градусов! (Напряжение 12В, ток около 2 А).

При работе внутри морозильной камеры, температура на холодной стороне модуля опустилась с -24 до -30 градусов, т.е. всего на 6 градусов! (это гораздо меньше, чем могут утверждать характеристики такого элемента - обещают десятки градусов).

Приведенные скриншоты показывают характер изменения частоты от изменения температуры, в линейных участках вычислены коэффициенты Гц/Градус. Чем меньше данный коэффициент по модулю, тем меньше изменяется частота генератора с таким кварцем. Для картинок с температурами -24...-30 первый перепад графика показывает смену частоты, второй показывает отключение элемента Пельтье, с ростом температуры (не анализируется)

Q27-49S4

На участке -16…-22 k=-90/-6=15 Гц/°С
На участке -24…-29 k=-70/-5=14 Гц/°С
Снижение температуры -30…-50 снизит частоту генерации на 300 Гц.
С учетом рабочего диапазона +30…-60, и допуска на полосу 200 * 2 = 400 Гц. Допуск на участок -30…-50 составляет 400*(20/90)=88 Гц. 300 Гц > 88 Гц, не укладываемся!
Ранее коэффициент был измерен как отрицательный, почему поменялся знак? Мы перешли через экстремум?
Кварц испорчен, нога отвалилась. Второй кварц типа S4 у которого отлетает нога. Их нельзя даже слабо изгибать.

Q25-CREC

На участке -24…-30 k=-40/-6=6.66 Гц/°С
Возможно, на слайде +24…-20 мы видим экстремум +/- и далее снижение линейное.
Данные похожи на измерения от 17.01.2020.
Снижение температуры -30…-50 снизит частоту генерации на 133.2 Гц.

С учетом рабочего диапазона +30…-60, и допуска на полосу 200 * 2 = 400 Гц. Допуск на участок -30…-50 составляет 400*(20/90)=88 Гц. 133.2 Гц > 88 Гц, не укладываемся, но уже очень близко!

Q27-черн.бол.

Возможно, на слайде -20…+24 мы видим экстремум +/- и далее снижение линейное.
 На участке -24…-30 k=-80/-7=11.4 Гц/°С
Снижение температуры -30…-50 снизит частоту генерации на 228 Гц.
С учетом рабочего диапазона +30…-60, и допуска на полосу 200 * 2 = 400 Гц. Допуск на участок -30…-50 составляет 400*(20/90)=88 Гц. 228 Гц > 88 Гц, не укладываемся

Q27-черн.smd.

Если мы видим на этом рисунке экстремум +/-, то

k = -50/-10 = 5 Гц/°С

Снижение температуры -30…-50 снизит частоту генерации на 100 Гц.

С учетом рабочего диапазона +30…-60, и допуска на полосу 200 * 2 = 400 Гц. Допуск на участок -30…-50 составляет 400*(20/90)=88 Гц. 100 Гц > 88 Гц, не укладываемся, но совсем рядом. Кварц с непонятным поведением.

Литература:

[1] И. В. Хоменко, А. В. Косых "КВАРЦЕВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ

И ГЕНЕРАТОРЫ" Минобрнауки России, ОмГТУ. – Омск : Изд-во ОмГТУ,

2018. – 160 с. : ил.

Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру