Радиотехника - Давыдов С.Л.
Скачать (прямая ссылка):
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
Рассмотренные колебательные контуры, состоящие из катушки и конденсатора, сравнительно невысокого качества. Поэтому фильтры с такими контурами имеют слишком большую полосу пропускания, которая не обеспечивает хорошей отстройки приемника от мешающих радиостанций. Кроме того, частота собственных колебаний контура, составленного из катушки и конденсатора, довольно* сильно изменяется с изменением температуры, влажности и давления окружающего воздуха, так как при изменении- этих факторов происходит изменение геометрических размеров проводов катушек и пластин конденсаторов, а также электрических характеристик изоляционных материалов. Поэтому в радиостанциях наряду с обычными контурами применяются колебательные системы, обладающие высокой добротностью (качеством) и устойчивостью частоты собственных колебаний. К таким системам относятся кварцевые пластинки и металлические стержни.
Кварц — это минерал, весьма распространенный в природе. Но кварц, пригодный для радиотехнических целей, встречается сравнительно редко. Применение кварца в радиотехнике возможно благодаря тому, что пластинки, вырезанные из кристалла вполне определенным образом, обладают пьезоэлектрическим Эффектом.
Пьезоэлектрическим эффектом называется явление, заключающееся в том, что при сжатии или растяжении кварцевой пластинки на ее поверхностях появляются электрические заряды. При сжатии эти заряды имеют один знак, при растяжении— противоположный (рис. 3.29). Величина зарядов пропор-циональна величине приложенной механической силы давления или растяжения. Таким образом, при сжатии и растяжении
46
между поверхностями кварцевой пластинки образуется напряжение, величина которого пропорциональна силе, сжимающей или растягивающей пластинку.
Если кварцевую пластинку сжать, а затем освободить, предоставив ей возможность совершать свободные колебания, то пластинка начнет попеременно растягиваться и сжиматься и
+ + + + + + +
+ + + + + + +
а
6
Рис. 3.29. Появление электрических зарядов на поверхности кварцевой пластинки при сжатии (а) и растяжении (б)
между ее поверхностями появится переменное напряжение. Так как колебания пластинки будут постепенно затухать, то и амплитуда переменного напряжения будет постепенно уменьшаться. Следовательно, кварцевая пластинка обладает способностью создавать свободные электрические колебания, как и
+ -
— +
Рис. 3.30, Деформация кварцевой пластинки в электрическом поле разного знака
колебательный контур. Но электрические колебания в кварцевой пластинке связаны с механическими и частота их зависит только от размеров пластинки, которые остаются неизменными даже при значительных колебаниях температуры окружающего воздуха. Благодаря этому кварцевая пластинка обладает очень высоким постоянством частоты колебаний.
Кварцевая пластинка может совершать и вынужденные колебания; она обладает свойством сжиматься и растягиваться в зависимости от знака приложенного к ней напряжения (рис. 3.30). Поэтому если к пластинке кварца приложить переменное напряжение, то она будет совершать механические колебания с постоянной амплитудой. Амплитуда деформации
47
кварцевой пластинки увеличивается с увеличением приложенного напряжения. Когда частота переменного напряжения равна частоте собственных колебаний кварцевой пластинки, наступает резонанс и амплитуда колебаний становится наибольшей. Так как при колебаниях кварца на его обкладках возникают электрические заряды, то в цепи, составленной из источника переменной э. д. с. и кварцевой пластинки (рис. 3.31), появляется переменный электрический ток. Величина тока пропор-
Рис. 3.31. Схема для создания вынужденных колебаний кварцевой пластинки (а) "и изменение тока в схеме в зависимости от частоты колебаний э. д. с. источника (б)
циональна величине образующегося на пластинке электрического заряда. Поэтому при резонансе ток в цепи достигает, как и в контуре, максимальной величины, а при изменении частоты источника переменной э. д. с. в ту или другую сторону от резонанса ток быстро уменьшается.
Благодаря высоким электромеханическим свойствам кварцевых пластин затухание их колебаний происходит очень медленно. Добротность кварцевой пластинки в тысячи и десятки тысяч раз превышает добротность обычных контуров, достигая величины в несколько миллионов. Резонансная кривая кварцевой пластинки очень острая, а полоса пропускания кварцевой ' системы очень узкая. Кварц обладает значительно более высокими избирательными свойствами по частоте, чем обычные контуры.
На свойства кварца как колебательной системы большое влияние оказывает способ крепления кварцевой пластинки. Если ее сильно зажать между металлическими обкладками, то она не сможет колебаться или колебания будут происходить с очень большим затуханием; кварцевая пластинка станет работать как обычный конденсатор, емкость которого-определяется площадью электродов, расстоянием между ними и диэлектрической проницаемостью квар-' ца. Никаких избирательных (резонансных) свойств по частоте такая система иметь не будет. Поэтому кварцедержатель не должен препятствовать механическим колебаниям пластинок.
