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

10,5 кГц (?)
60 кГц (?)
97,065 кГц (?)
100 кГц (?)
200 кГц (?)
300,075 кГц (?)
500 кГц (?)
1000 кГц (?)
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