Кварцы в стеклянном корпусе

4 кГц IVB-20БХ С1 ТЦ0.338.140
10 кГц IIB
12,8 кГц IIB
17,333 кГц РК202СЕ
20 кГц РК202СУ
76,8 кГц РК74СЕ
108, 918 кГц РК255СТ
200 кГц IIВ
200 кГц РКС-В-2
1000 кГц ТЦ3.293.141 (ВТ-1000)
2000 кГц РК180ДГ
5,000 МГц ЦЛ3.380.019
10000 кГц IIIВ
15300 кГц РВ-89-32/14
? кГц КР-12

10 МГц Г-12
? кГц 16Ж 66
? кГц 1536Г
? кГц 008-023
? кГц ЕФ
? кГц КП

2500 Гц (?)
10,5 кГц (?)
60 кГц (?)
97,065 кГц (?)
100 кГц (?)
200 кГц (?)
300,075 кГц (?)
500 кГц (?)
1000 кГц (РК-58?)
5,000 МГц вар.2 (?)
9998,8 кГц (?)
12578,125 кГц (?)

   Стеклянные вакуумные резонаторы появились уже в 20-х годах прошлого века. Но это были так называемые «светящиеся резонаторы», использовавшиеся не для стабилизации частоты, а скорее как точные индикаторы настройки радиочастотных генераторов. Они не были в строгом смысле слова вакуумными, поскольку для большей яркости свечения заполнялись смесью неона и гелия (под давлением в несколько миллиметров ртутного столба).

   Появившиеся чуть позже кварцевые резонаторы также заполнялись гелием (примерно под тем же давлением: от 1 до 5 мм рт. ст.), но при этом преследовалась другая цель: такое заполнение способствует лучшей теплопередаче от стенок баллона к кварцевому элементу, что очень важно при термостатировании резонатора. Гелий в данном случая выбирался потому, что его теплопроводность лишь на 15% меньше теплопроводности водорода, но обращение с ним в отличие от водорода безопасно. Подобные газонаполненные кварцевые резонаторы применяются и поныне.

   Вакуумированные кварцевые резонаторы в качестве компонент генераторов и фильтров начали применяться примерно с начала 40-х годов; однако их использование ограничивалось из-за того, что внешние размеры таких резонаторов сначала были чрезвычайно велики.

   Только в середине 50-х годов, когда были разработаны малогабаритные вакуумные резонаторы в баллонах радиоламп «пальчиковой» серии, их удельный вес в общем числе производимых кварцев начал быстро возрастать. В СССР первые образцы таких резонаторов были выполнены З. Э. Хайкиным, М. И. Ярославским и П. Г. Поздняковым в 1955 г., а их промышленный выпуск начался с 1956 г.

   К 1960 г. отечественной промышленностью были освоены и миниатюрные вакуумные резонаторы в габаритах радиоламп типа «дробь». Первые образцы резонаторов этой разновидности были выполнены М. И. Ярославским и 3. Э. Хайкиным при участии И. Г. Васина, П. Г. Позднякова и 3. И. Кирсановой.

   Именно эти модификации вакуумных резонаторов были наиболее широко распространены в СССР, хотя наряду с ними продолжался и выпуск устаревших резонаторов, относительно больших по современным представлениям габаритов (в баллонах радиоламп «октальной» серии).

   Габаритные и установочные размеры всех перечисленных типов резонаторов в СССР устанавливались ГОСТ 11599-67 «Резонаторы кварцевые вакуумные на частоты колебаний от 4 кГц до 100 МГц» и соответствовали рекомендациям Международной электротехнической комиссии. По этому ГОСТ вакуумные резонаторы подразделяются на следующие четыре типа:

   Э — миниатюрные, в баллоне диаметром до 10,2 мм, на частоты от 20 до 600 кГц и от 4500 кГц до 100 МГц, с восемью наружными выводами;

   С — малогабаритные, в баллоне диаметром до 19 мм, на частоты от 4 кГц до 100 МГц, с семью наружными выводами;

   Д — малогабаритные, в баллоне диаметром до 22,5 мм, на частоты от 100 до 150 кГц и от 490 до 3000 кГц, с девятью наружными выводами;

   Ц — нормального исполнения, в баллоне диаметром до 30 мм, на диапазоны частот от 100 до 120 кГц и от 1 до 8 МГц, с двумя наружными выводами.

   Резонаторы типов С и Д могут выполняться как с жесткими выводами (штырьками) для вставления в панель (С1 и Д1), так и с мягкими (гибкими) выводами для непосредственной припайки к другим элементам схемы (С2 и Д2). Резонаторы типа Э выполняются только с гибкими наружными выводами (Э2), а резонаторы типа Ц — либо с гибкими выводами (Ц2), либо с жесткими лужеными лепестками для подпайки к ним монтажных проводов (Ц3).

   Расположение штырьков и их размеры определяют по ГОСТ 7842-64, тип РШ4 для резонаторов вида С1 и РШ8 для резонаторов вида Д1. Вывод 8 у резонатора Э2 должен быть обрезан. Для резонатора Ц2 допускается применение штенгелеванных баллонов или ножек, но при этом высота резонатора не должна выходить за пределы размера, указанного в ГОСТ. Штенгелеванные баллоны допускаются также для резонаторов других видов. Для этих резонаторов допускается также применение цоколя другой конструкции с выводами (лепестками) под пайку.

   Длина гибких выводов резонаторов выбирается заказчиком из следующих четырех номинальных значений 8, 14, 20 и 35 мм.

   Кристаллодержатели вакуумных стеклянных резонаторов, как правило, представляют собой более или менее жесткий решетчатый, каркас, выполненный из никелевой или стальной проволоки и слюдяных или стеклянных распорок. Отдельные особенности конструкции каркаса связаны с особенностями кварцевых элементов, для монтажа которых он предназначен: их размерами, способом крепления и т. п. После сборки каркас устанавливается на стеклянном основании (ножке) соответствующего типа, и его металлические части (стойки) привариваются к внутренним вводам ножки одним из обычных методов точечной сварки.

   Кварцевый элемент предварительно настраивается на заданную частоту с некоторым припуском еще до его установки в держателе. После монтажа производится окончательная настройка, в процесс которой следует учитывать, что после откачки воздуха из баллона частота резонатора может несколько измениться в связи со значительным уменьшением затухания колебаний.

   Настроенные резонаторы после промывки, сушки и термотренировки завариваются и откачиваются до заданного разрежения. Для того чтобы в процессе заварки высокая температура, необходимая для расплавления стекла, не воздействовала на кристалл, между ним и основанием резонатора обычно устанавливают два-три слюдяных или один стеклянный диск, которые служат тепловыми экранами. С целью обеспечения плотной посадки слюдяных дисков внутри стеклянного баллона они выполняются с несколькими заострениями по периметру, которые слегка сминаются при вставлении каркаса в баллон. Стеклянные диски часто снаряжаются дополнительными распорными пружинами.

   В некоторых случаях (обычно у низкочастотных резонаторов) каркасы снабжаются дополнительными слюдяными или стеклянными дисками, которые устанавливаются в верхней их части и служат в качестве распорок, фиксирующих положение металлических стоек внутри баллона. Такие диски, как правило, имеют в поперечнике те же формы, что и теплозащитные экраны, но нередко выполняйся с отверстием в центре для облегчения откачки внутреннего объема резонатора. Если возможно, через это отверстие выводится наружу один из торцов пьезоэлемента, подшлифовкой которого производится подгонка частоты собственных колебаний резонатора. Поперечные размеры у распорных слюдяных дисков ввиду некоторой конусности внутренней части баллонов приходится делать несколько меньшими, чем у нижних экранирующих слюд (при использовании стеклянных дисков в этом, как правило, нет надобности, ибо ими обеспечиваются достаточно большие зазоры, компенсируемые металлическими пружинами).

   С 70-х годов стало развиваться производство стеклянных вакуумных резонаторов нового типа, по своему внешнему виду, конструкции и габаритам подобных металлическим герметизированным резонаторам, выпускаемым по ГОСТ 6503-67. Преимуществами этих резонаторов являются сравнительно малый объем, удобная «плоская» форма, а главное — взаимозаменяемость с менее совершенными и уже неудовлетворительными по долговременной стабильности герметизированными резонаторами. Первые образцы таких резонаторов были созданы в Канаде в 1955 г.

   Наиболее сложной при разработке стеклянных аналогов герметизированных резонаторов в металлических корпусах была проблема сварки в вакууме основания и кожуха в непосредственной близости от пьезоэлемента и притом без использования каких-либо теплозащитных экранов. В СССР для этой цели использовали метод разогрева коварового кольца токами высокой частоты.

   Конструкции рассматриваемых резонаторов свойственны некоторые особенности, обусловленные необходимостью противостоять воздействию относительно высокой температуры, развивающейся при запайке оболочки. В таких конструкциях неприменимы мягкие припои, плавящиеся при температуре ниже 300° С; поэтому в них и не используются паяные соединения.

   Внутреннее устройство кристаллодержателя напоминает устройство держателя в герметизированных резонаторах с металлическими кожухами и основаниями. Однако для крепления пьезоэлемента к стойкам вместо припоя здесь применяют токопроводящие пасты или цементы, состоящие, например, из смеси тонко измельченного серебра, легкоплавкого стекла и органической связки. Такую пасту вжигают при температуре 450-500° C одновременно в соответствующие точки держателя и в кварцевую пластину, чем и скрепляют их друг с другом.

   Металлические детали кристаллодержателя, кроме выводов, выполняются из жаростойких материалов, не теряющих упругости при нагревании до 450—500° С, например из сталей марок К40НХМ. или Н36ХТЮ (ЭИ702) или же из никеля марки НП2 (ГОСТ 2179-59). Конструкция арматуры обладает особенностями, обусловленными технологией сборки резонатора. Так, например, для повышения механической прочности устройства крепления монтажные стойки чаще всего выполняются с так называемыми «флажками» в верхней части, в которые плотно входит кварцевая пластина; эти флажки прочно удерживают ее даже тогда, когда она еще не скреплена с арматурой пастой или цементом.

   Резонаторы этого типа выпускаются как в малогабаритном, так и в миниатюрном исполнении (т. е. с внешними размерами, соответствующими как типу Б, так и типу М по ГОСТ 6503-67).

   Низкочастотные резонаторы в плоских баллонах не считаются перспективными, поскольку кварцы в баллонах радиоламп типа «дробь» имеют меньшие объемы, а конструкция стеклянных оснований таких ламп обеспечивает более удобное размещение внутренних деталей резонаторов.

Источники:

1. Резонаторы и фильтры пьезоэлектрические. Справочник. ВНИИ "Электронстандарт". 1980.
2. Отраслевой руководящий стандарт. Приборы пьезоэлектрические и фильтры электромеханические. Группы 6330, 6387. Сборник справочных листов РМ 11 073.072.1-82. - ВНИИ "Электронстандарт", 1983.
3. Ладик А.И, Сташкевич А.И. Изделия электронной техники. Пьезоэлектрические и электромеханические приборы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1993.

назад