Файл: Микроминиатюризация высокочастотных радиоустройств..pdf

54

нооти основного контура генератора. При этом возможен эффект затягивания частоты. Эти схемы нашли ограниченное применение

в основном и з -за сложности их настройки и противоречия между

условиями максимальной стабильности чаототы и устойчивой ге­ нерации.

Иногда схемы кварцевых генераторов делят на схемы парал­

лельного и последовательного резонансов.

Приведенная краткая классификация схем генераторов отра­

жает принципиальные различия в использовании кварцевого ре­ зонатора как элемента стабилизации частоты.

Известно также несколько разновидностей схемных решений в

пределах каждой группы. Они отличаются друг от друга количе­ ством транзисторов и схемами их включения, возможностью за ­ земления электродов транзисторов, кварцевого резонатора или других точек схемы, полярностью источников питания и т .д .

Методика электрических расчётов схем кварцевых генерато­

ров, построенных на дискретных элементах, достаточно полно разработана и приводится в многочисленной литературе, напри­

мер [2 .1 - 2 .4 ], Вопросы микроминиатюризации кварцевых генера­ торов на базе пленочных или полупроводниковых интегральных схем в литёратуре пока не нашли должного отражения.

Ограничения и требования, предъявляемые к принципиальным схемам устройств в гибридном пленочном исполнении, определя­ ются особенностями технологии и конструкции. Основными огра­ ничениями и требованиями являются следующие:

а) минимальное количество элементов схемы;

б) большие допуски величин параметров элементов;

55

в) ограничение параметров индуктивностей, емкостей и

сопротивлений по максимальным и минимальным величинам;

г) минимальная рассеиваемая мощность;

д) простота настройки микросхемы.

Исследования, проведенные с учётом этих требований, сопо­

ставление схем по достижимой верхней предельной частоте и нестабильности частоты позволили сделать следующие выводы.

Гибридные пленочные генераторы на частоты от 5 МГц до

20 МГц целесообразно проектировать по осцилляторной "безын-

дуктивной" схеме с кварцем, работающим на основной частоте.

Гибридные пленочные генераторы на частоты от 20 МГц до

200 МГц целесообразно проектировать по схеме с общей базой

с кварцем в цепи обратной связи, работающим на нечетной гар­ монике.

2 . БУФЕРНЫЕ КАСКАДЫ КВАРЦЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Для устранения влияния нагрузки на параметры кварцевого

генератора необходимо применять буферный каскад. Расчётами и экспериментальными исследованиями установлено, что в каче­ стве буферного каскада гибридных пленочных кварцевых генера­

торов на частотах до 70 МГц целесообразно применять эмиттер-

ный повторитель. Использование эмиттерных повторителей на современных бескорпусных ВЧ транзисторах в указанном диапазо­ не частот дает положительный эффект.

Применение эмиттерного повторителя в области частот выше

70 МГц ограничено резким ухудшением его свойств. Известно,что с повышением частоты входное сопротивление каскада с общим

56

коллектором падает. Входное сопротивление становится отрица­

ление и емкость нагрузки соответственно; аА* - частота, на которой коэффициент усиления по току в схеме с общей базой уменьшается в і~2 раз.. При выполнении этого неравенства возникает опасность самовозбуждения каскада.

В качестве буферных каскадов кварцевых генераторов на частотах выше 70 МГц целесообразно применять резонансный усилитель с каскодным включением транзиоторов по схеме об­ щий эмиттер-общая б аза . Входное сопротивление такого усили­ теля равно приближенно входному сопротивлению схемы с общим эмиттером, и на частотах, близких к предельным частотам транзистора, составляет величину порядка 100 Ом. Применение каскодчой схемы в буферном усилителе не влечет за собой увеличения коэффициента шума.

3 . ВАРИАНТЫ КОМПОНОВКИ ГИБРИДНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ КВАРЦЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

При конструировании гибридных пленочных кварцевых гене­ раторов особое место занимает вопрос компоновки кварцевого резонатора и подложки микросхемы.

Возможны следующие варианты компоновки кварцевого резона­ тора и пленочной схемы:

а) в виде отдельного конструктивно законченного узла;

б) в качестве навесного элемента гибридной пленочной микросхемы;

в) в качестве подложки пленочной микросхемы.

57

Отечественной промышленностью выпускаются следующие типы

В случае применения кварцевого резонатора в виде автоном­ ного конструктивно законченного узла коэффициент заполнения объема конструкции получается сравнительно невысоким.

При использовании кварца как навесного элемента гибрид­ ной пленочной микросхемы для механического и электрического соединения их необходим специальный кварцедержатель. Одним из вариантов конструкции такого кварцедержателя может быть

58

следущ ий.

,В два отверстия на подложке, расположенные на расстоянии,

электрическо.е. соединение электродов пьезоэлемента со стойка­ ми обеспечивается применением токопроводящего клея. Сами проволочные стойки в отверстиях подложки микросхемы закреп­ ляются эпоксидным клеем. Выступающие со стороны пленочных элементов микросхемы концы стоек электрически соединяются со схемой с помощью пайки.

Недостаток такого способа крепления состоит в том, что для монтажа пьезоэлемента необходимо применять плату с от­

верстиями для установки кварцедержателей. Известно, что сверление отверстий в хрупких материалах, из которых обычно изготовляются подложки для гибридных пленочных микросхем

(стекло, ситалл), существенно усложняет технологию микро­

схем . Выполнение отверстий до напыления пленочных элементов накладывает требование точной установки подложки в подлож­ кодержателе. Выполнение отверстий после напыления пленочных элементов связано с большой вероятностью повреждения эле­

ментов абразивным порошком или суспензией и с загрязнением микросхемы и , следовательно, с ухудшением её качества.

Возможна "пробивка" отверстий в подложках после напыле­ ния микросхемы лазерным лучом на специальных установках,

например "ЛУЧ-IM " . Однако реализация такого способа связана с увеличением стоимости оборудования.

59

Известно использование пластины кварпа в качестве пьезо­ элемента и подложки пленочной микросхемы. Однако такое кон­ структивное решение имеет ограниченное применение, так как при этом ухудшается стабильность частоты кварцевого генера­ тора, значительно усложняется технология микросхемы и резко возрастает трудоемкость настроечно-регулировочных работ.

4 . КОНСТРУКЦИЯ ГИБРИДНОГО КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА С ЛЕНТОЧНЫМ КВАРЦЕДЕРЖАТЕЛЕМ

Более совершенной конструкцией является гибридный пленоч­ ный кварцевый генератор с ленточным кварцедержателем. Приме­ нение ленточных кварцедержагелей позволяет уменьшить размеры конструкции кварцевого генератора, улучшить электрические характеристики и упростить технологию сборки.

Детали кварцедержателя выполняются из тонкого листового упругого токопроводящего материала. На концах они снабжены площадками для электрического и механического соединения с гибридной пленочной микросхемой и кварцевым пьезоэлементом,

атакже фиксаторами для установки кварцевого пьезоэлемента

взаданном положении.

Кварцедержатель и кварцевый пьезоэлемент располагаются

на подложке гибридной пленочной микросхемы со стороны пленоч­ ных элементов. Электрическое и механическое соединение квар­ цедержателя с гибридной пленочной микросхемой и кварцевым пьезоэлементом осуществляется с помощью токопроводящего клея.

60

бридного пленочного гене­ ратора с ленточными кварце­ держателями о

щие узлы и детали: гибридная пленочная 'Микросхема 1, кварцевый пьезоэлэмент 2 , кварцедержатель, состоящий из стоек 3 и 4 , вы­ воды о, основание корпуса 6 , крышка корпуса 7 .

Гибридная пленочная микросхема 1 прикреплена с помощью клея к основанию корпуса 6 . На подложке микросхемы 1 с напылен­ ными пленочными резисторами, конденсаторами и проводниками,

закрепляются катушка индуктивности, бескорпусный транзистор и стойки кварцедержателя 3 и 4 . Кварцевый пьезоэлемент распола­ гается параллельно подложке микросхемы 1 на расстоянии 2-3 мм.

Стойки квариедержателя 3 и 4 соединены электрически и ме­ ханически с помощью токопроводящего клея нижними площадками с проводниками гибридной пленочной микросхемы 1 , верхними конца­ ми - с электродами кварцевого пьезоэлемента 2 . Выводы 5 служат для подключения внешних источников питания и нагрузки генера­ тора .

. Крышка корпуса 7 приваривается или припаивается к основа-

61

Рис„ 2 .2 . Конструкция ленточного кварцедержателя.

нию корпуса 6, за счёт чего возможна герметизация или вакууми­ рование всего кварцевого генератора.

Стойки кварцедержателя выполнены из листовой бериллиевой

бронзы толщиной 0 ,1 -0 ,2 5 мм. Конструкция кварцедержателя пока­ зана отдельно на р и с .2 ,2 .

Нижние площадки 5 ,-6 параллельны верхним площадкам 7 , 8 .

Расстояние между ними 2-3 мм. Фиксаторы 9, 10 расположены на верхних площадках 7, S и перпендикулярны к ним. Площадки 5 , 6

служат для электрического и механического соединения деталей кварцедержателя 3 и 4 с гибридной пленочной микросхемой і .

Площадки 7, 8 служат для электрического и механического сое­ динения деталей кварцедержателя 3 и 4 с кварцевым пьезоэлемен­ том 2 . Фиксаторы 9, -10 являются конструктивными элементами,

обеспечивающими фиксацию пьезоэлемента в заданном положении при его установке на верхних площадках кварцедержателя и склеивании их р электродамипьезоэлемента.

Монтаж пьезоэлемента выполняется в следующем порядке