Динамика кварцевого генератора, 11 июня 2009 1 Руководитель Исполнитель Гуськов А.М. Коровайцева Е.А. Исследование влияния физических параметров на стабильность. - презентация

1 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Руководитель Исполнитель Гуськов А.М. Коровайцева Е.А. Исследование влияния физических параметров на стабильность частоты кварцевого генератора МГТУ им. Н.Э.Баумана Факультет «Робототехника и комплексная автоматизация» Кафедра «Прикладная механика»

2 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Объект исследования

3 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Объект исследования Кварцевая пластина

4 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Объект исследования

5 Динамика кварцевого генератора, 11 июня План доклада Постановка задачи Свободные колебания кварцевой пластины Расчет параметров ЭЭС резонатора Расчет параметров стационарных автоколебаний кварцевого генератора Естественные флуктуации в кварцевом генераторе Технические флуктуации в кварцевом генераторе

6 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Постановка задачи 1.Рассматривается квадратная кварцевая пластина с частичной металлизацией 2.Источниками флуктуаций в кварцевом автогенераторе являются: - тепловые шумы - флуктуации емкости 3.Данное исследование включает в себя рассмотрение следующих вопросов: -определение собственных частот и форм планарных и сдвиговых по толщине колебаний кварцевой пластины; -расчет параметров стационарных колебаний кварцевого автогенератора - расчет относительной естественной нестабильности кварцевого автогенератора -расчет относительной технической нестабильности кварцевого автогенератора

7 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Уравнения механики пьезоэлектрической сплошной среды

8 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Случай планарных колебаний Координатные функции: По направлению х: По направлению y:

9 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Частотное уравнение:

10 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Срез xys/-18.5°, размеры L=6 мм, b=6 мм p1=0.417 МГц p2=0.498 МГц p1=0.821 МГц p2=1.12 МГц Гармоники: 1 по оси х, 1 по оси уГармоники: 1 по оси х, 3 по оси у

11 Динамика кварцевого генератора, 11 июня p1=0.894 МГц p2=1.22 МГц p1=1.25 МГц p2=1.49 МГц Гармоники: 3 по оси х, 1 по оси уГармоники: 3 по оси х, 3 по оси у

12 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Случай сдвиговых по толщине колебаний Срез SC, толщина h=120 мкм Гармоника 3, p=47.5 МГц Форма колебаний

13 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Расчет параметров эквивалентной электрической схемы резонатора

14 Динамика кварцевого генератора, 11 июня l e =2 мм 2b=6 мм 2а=120 мкм Размеры пластины:

15 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Применение метода усреднения для исследования автоколебательной системы с двумя степенями свободы

16 Динамика кварцевого генератора, 11 июня

17 Динамика кварцевого генератора, 11 июня

18 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Установившиеся значения детерминированных амплитуд и поправка на частоту

19 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Уравнения для флуктуаций

20 Динамика кварцевого генератора, 11 июня

21 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Естественные флуктуации в кварцевом автогенераторе

22 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Уравнения динамики кварцевого автогенератора

23 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Упрощенные уравнения динамики кварцевого автогенератора

24 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Расчет динамических характеристик кварцевого автогенератора

25 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Приближенный расчет

26 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Численное моделирование Установившиеся колебания напряжения на кварцевом контуре Фазовый портрет

27 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Флуктуационные уравнения кварцевого автогенератора

28 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Флуктуации частоты колебаний кварцевого контура Спектральная плотность флуктуаций частоты

29 Динамика кварцевого генератора, 11 июня

30 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Относительная естественная нестабильность кварцевого генератора Естественная ширина спектральной линии кварцевого генератора

31 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Уравнения динамики кварцевого автогенератора Технические флуктуации в кварцевом автогенераторе

32 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Спектральная плотность технических флуктуаций частоты

33 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Относительная техническая нестабильность кварцевого генератора

34 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Выводы Разработанная математическая модель динамики кварцевых пластин позволяет определять собственные частоты и формы колебаний прямоугольных кварцевых пластин любых срезов для случаев планарных и сдвиговых по толщине колебаний. Использование полиномиальной аппроксимации для экспоненциальной характеристики эмиттерного тока транзистора дает возможность аналитически найти параметры стационарных автоколебаний генератора. Полученные аналитические выражения для ширины спектральной линии кварцевого генератора связывают физические параметры проектируемых генераторов с проектируемой точностью генерации частоты, что позволяет на стадии проектирования выбрать параметры электронных систем, управляющих работой генератора. Разработанная численная модель динамики генератора дает возможность уточнить характеристики рабочих автоколебательных режимов и использовать эту модель на стадии проектирования и прогноза работы генератора.

35 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Вид стружки после обработки нанорезанием при толщине, меньшей (а) и большей (б) радиуса режущей кромки инструмента (сканирующий электронный микроскоп) (а)(б)

36 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Вид поверхности обработанной пластины при толщине, меньшей (а) и большей (б) радиуса режущей кромки инструмента (сканирующий электронный микроскоп) (а) (б)

37 Динамика кварцевого генератора, 11 июня Вид поверхности обработанной пластины при толщине, меньшей (а) и большей (б) радиуса режущей кромки инструмента (атомно – силовой микроскоп) (б) (а)