Rezonator kwarcowy jest urządzeniem elektronicznym zbudowanym w oparciu o efekt piezoelektryczny, a także rezonans mechaniczny. Jest używany przez stacje radiowe, gdzie ustawia częstotliwość nośną w godzinach i timerach, ustalając w nich interwał 1 sekundę.
Zawartość
Co to jest i dlaczego jest potrzebne
Urządzenie jest źródłem zapewniającym bardzo precyzyjne drgania harmoniczne. Posiada w porównaniu z analogami większą wydajność pracy, stabilne parametry.
Pierwsze próbki nowoczesnych urządzeń pojawiły się w radiostacjach w latach 1920-1930. jako elementy o stabilnej pracy, zdolne do ustawiania częstotliwości nośnej. Oni są:
- zastąpiły rezonatory kryształów soli Rochelle, które pojawiły się w 1917 roku w wyniku wynalazku Alexandra M. Nicholsona i charakteryzowały się niestabilnością;
- zastąpili dotychczas stosowany obwód cewką i kondensatorem, które nie różniły się wysokim współczynnikiem jakości (do 300) i były zależne od zmian temperatury.
Nieco później rezonatory kwarcowe stały się integralną częścią czasomierzy i zegarów. Elementy elektroniczne o naturalnej częstotliwości rezonansowej 32768 Hz, która w binarnym 15-bitowym liczniku ustawia interwał czasowy 1 sekundę.
Urządzenia są dziś używane w:
- zegarki kwarcowe, zapewniające im dokładność pracy, niezależnie od temperatury otoczenia;
- przyrządy pomiarowe, gwarantujące im wysoką dokładność wskaźników;
- echosondy morskie, które znajdują zastosowanie w badaniach i tworzeniu map dna, utrwalaniu raf, płycizn, poszukiwaniu obiektów w wodzie;
- obwody odpowiadające oscylatorom odniesienia syntetyzującym częstotliwości;
- schematy stosowane do wskazania fali sygnału SSB lub telegraficznego;
- stacje radiowe z sygnałem DSB o częstotliwości pośredniej;
- filtry pasmowe odbiorniki typu superheterodynowego, które są bardziej stabilne i dobrej jakości niż filtry LC.
Urządzenia produkowane są z różnymi obudowami. Są one podzielone na wyjścia, używane do montażu zbiorczego i SMD, używane do montażu powierzchniowego.
Ich działanie zależy od niezawodności obwodu przełączającego, co wpływa na:
- odchylenie częstotliwości od wymaganej wartości, stabilność parametrów;
- szybkość starzenia się urządzenia;
- ładowność.
Właściwości rezonatora kwarcowego
Przewyższa dotychczasowe analogi, co czyni urządzenie niezastąpionym w wielu układach elektronicznych i wyjaśnia zakres urządzenia.Potwierdza to fakt, że w pierwszej dekadzie od wynalezienia w Stanach Zjednoczonych (nie licząc innych krajów) wyprodukowano ponad 100 tys. sztuk urządzeń.
Wśród pozytywnych właściwości rezonatorów kwarcowych, które wyjaśniają popularność i zapotrzebowanie na urządzenia:
- dobry współczynnik jakości, którego wartości - 104-106 - przekraczają parametry dotychczas stosowanych analogów (mają współczynnik jakości 300);
- małe wymiary, które można zmierzyć w ułamkach milimetra;
- odporność na temperaturę, jej wahania;
- długa żywotność;
- łatwość produkcji;
- możliwość budowania wysokiej jakości filtrów kaskadowych bez konieczności używania ustawień ręcznych.
Rezonatory kwarcowe mają również wady:
- elementy zewnętrzne pozwalają na regulację częstotliwości w wąskim zakresie;
- mieć delikatną strukturę;
- nie toleruj nadmiernego ciepła.
Zasada działania rezonatora kwarcowego
Urządzenie działa w oparciu o efekt piezoelektryczny, który objawia się na kwarcowej płytce oraz w niskiej temperaturze. Element wycinany jest z pojedynczego kryształu kwarcu pod określonym kątem. Ten ostatni określa parametry elektrochemiczne rezonatora.
Płyty pokryte są obustronnie warstwą srebra (odpowiednie są platyna, nikiel, złoto). Następnie są mocno osadzone w obudowie, która jest uszczelniona. Urządzenie jest układem oscylacyjnym, który ma własną częstotliwość rezonansową.
Kiedy elektrody są poddawane działaniu napięcia przemiennego, płytka kwarcowa, która ma właściwości piezoelektryczne, wygina się, kurczy, przesuwa (w zależności od rodzaju obróbki kryształu). Jednocześnie pojawia się w nim przeciw-EMF, jak to ma miejsce w cewce znajdującej się w obwodzie oscylacyjnym.
Po przyłożeniu napięcia o częstotliwości zgodnej z naturalnymi drganiami płytki, w urządzeniu obserwuje się rezonans. Jednocześnie:
- element kwarcowy zwiększa amplitudę oscylacji;
- rezystancja rezonatora jest znacznie zmniejszona.
Energia potrzebna do utrzymania oscylacji jest niska w przypadku równych częstotliwości.
Oznaczenie rezonatora kwarcowego w obwodzie elektrycznym
Urządzenie jest oznaczone podobnie jak kondensator. Różnica: pomiędzy pionowymi segmentami umieszczony jest prostokąt - symbol płytki wykonanej z kryształu kwarcu. Boki prostokąta i płytka kondensatora są oddzielone szczeliną. W pobliżu na schemacie może znajdować się oznaczenie literowe urządzenia - QX.
Jak przetestować rezonator kwarcowy
Problemy z małymi urządzeniami pojawiają się, gdy otrzymają silny cios. Dzieje się tak, gdy urządzenia zawierające rezonatory w projekcie upadają. Te ostatnie zawodzą i wymagają wymiany według tych samych parametrów.
Sprawdzenie działania rezonatora wymaga testera. Jest montowany zgodnie z obwodem opartym na tranzystorze KT3102, 5 kondensatorach i 2 rezystorach (urządzenie jest podobne do oscylatora kwarcowego zamontowanego na tranzystorze).
Urządzenie należy podłączyć do bazy tranzystora i bieguna ujemnego w podłączonych połączeniach, połączeniach, zabezpieczając przez zainstalowanie kondensatora ochronnego. Zasilanie obwodu przełączającego jest stałe - 9V. Dodatkowo łączą się z wejściem tranzystora, z jego wyjściem - przez kondensator - miernikiem częstotliwości, który ustala parametry częstotliwości rezonatora.
Schemat jest używany podczas konfigurowania obwodu oscylacyjnego.Gdy rezonator jest w dobrym stanie, po podłączeniu wytwarza oscylacje, które prowadzą do pojawienia się napięcia przemiennego na emiterze tranzystora. Ponadto częstotliwość napięcia pokrywa się z podobną charakterystyką rezonatora.
Urządzenie jest wadliwe, jeśli miernik częstotliwości nie wykryje wystąpienia częstotliwości lub stwierdzi obecność częstotliwości, ale albo znacznie różni się ona od wartości nominalnej, albo bardzo się zmienia, gdy obudowa jest podgrzewana lutownicą.
Podobne artykuły:
