Ein Quarzresonator ist ein elektronisches Gerät, das sowohl auf dem Piezoeffekt als auch auf mechanischer Resonanz beruht. Sie wird von Radiosendern verwendet, wo sie die Trägerfrequenz festlegt, und in Uhren und Timern, die ein Intervall von 1 Sekunde aufzeichnen.
Inhalt
Was es ist und warum Sie es brauchen
Das Gerät ist eine Quelle für hochpräzise harmonische Schwingungen. Im Vergleich zu seinen Konkurrenten hat es einen hohen Wirkungsgrad und stabile Parameter.
Die ersten Beispiele für moderne Geräte erschienen in den 1920er und 1930er Jahren bei Radiosendern als Elemente mit stabilem Betrieb, die eine Trägerfrequenz einstellen konnten. Sie:
- Ersetzt die Kristallresonatoren auf der Basis von Segnaetiumsalz, die 1917 von Alexander M. Nicholson erfunden wurden und sich durch Instabilität auszeichneten;
- um die frühere Spulen-Kondensator-Schaltung zu ersetzen, die bei bis zu 300 nicht sehr gut war und durch Temperaturschwankungen beeinträchtigt wurde.
Wenig später wurden Quarzresonatoren zu einem festen Bestandteil von Zeitmessern, Uhren und Armbanduhren. Elektronische Bauteile mit einer Eigenresonanzfrequenz von 32768 Hz, die bei einem binären 15-stelligen Zähler den Zeitabstand auf 1 Sekunde festlegt.
Die Geräte werden heute eingesetzt in:
- Quarzuhren, die unabhängig von der Umgebungstemperatur präzise gehen;
- Messgeräte, die ihnen eine hohe Genauigkeit garantieren;
- Meeresecholote, die bei Vermessungen und zur Kartierung des Meeresbodens, zur Bestimmung von Riffen und Untiefen sowie zur Ortung von Objekten im Wasser eingesetzt werden
- Schaltungen zur Frequenzsynthese von Referenzoszillatoren
- Schaltungen für die Wellenanzeige von SSB- oder Telegraphiesignalen;
- Funkgeräte mit einem DSB-Signal auf einer Zwischenfrequenz
- Bandpassfilter Superheterodyn-EmpfängerDiese sind stabiler und robuster als LC-Filter.
Die Geräte sind in verschiedenen Gehäusen erhältlich. Unterteilt in Durchsteckmontage, die für die volumetrische Montage verwendet wird, und SMD, die für die Oberflächenmontage verwendet wird.
Ihr Betrieb hängt von der Zuverlässigkeit des Schaltkreises ab, die sich auf den Betrieb auswirkt:
- Frequenzabweichung vom Sollwert, Parameterstabilität
- Alterungsrate des Geräts;
- die Lastkapazität.
Eigenschaften des Quarzresonators
Übertrifft die Leistung früherer Analoggeräte, was das Gerät in vielen elektronischen Schaltungen unentbehrlich macht, und erklärt den Anwendungsbereich des Geräts. Dies wird durch die Tatsache belegt, dass in den ersten zehn Jahren seit seiner Erfindung mehr als 100.000 Einheiten in den USA produziert wurden (andere Länder nicht mitgerechnet).
Zu den positiven Eigenschaften von Quarzresonatoren, die die Popularität erklären, gehört die Nachfrage nach den Geräten:
- guter Qualitätsfaktor, dessen Werte - 104-106 - die Parameter der bisher verwendeten Analoga (mit einem Qualitätsfaktor von 300) übertreffen;
- kleine Abmessungen, die in Bruchteilen von Millimetern gemessen werden können;
- resistent gegen Temperaturschwankungen;
- lange Nutzungsdauer;
- Einfachheit der Herstellung;
- Möglichkeit, qualitativ hochwertige Kaskadenfilter ohne manuelle Abstimmung zu erstellen.
Quarzresonatoren haben auch Nachteile:
- externe Elemente ermöglichen die Einstellung der Frequenz in einem engen Bereich;
- haben eine zerbrechliche Konstruktion;
- vertragen keine übermäßige Hitze.
Funktionsprinzip eines Quarzresonators
Das Gerät funktioniert auf der Grundlage des Piezoeffekts, der auf einer Quarzplatte auftritt, und niedriger Temperatur. Das Element wird aus einem einzigen Stück Quarzkristall geschnitten, wobei ein bestimmter Winkel eingehalten wird. Letztere bestimmt die elektrochemischen Parameter des Resonators.
Die Platten sind beidseitig mit einer Silberschicht überzogen (Platin, Nickel, Gold sind geeignet). Anschließend werden sie in einem Gehäuse fest verankert und versiegelt. Das Gerät ist ein schwingendes System, das seine eigene Resonanzfrequenz hat.
Wenn die Elektroden einer Wechselspannung ausgesetzt werden, verbiegt, staucht oder verschiebt sich die Quarzplatte, die piezoelektrische Eigenschaften hat (je nach Art der Kristallverarbeitung). Gleichzeitig entsteht in ihr eine Gegen-EMK, wie in einer Induktionsspule in einem Schwingkreis.
Wenn eine Spannung mit einer Frequenz angelegt wird, die mit der Eigenschwingung der Platte übereinstimmt, tritt in dem Gerät eine Resonanz auf. Zur gleichen Zeit:
- das Quarzelement eine Zunahme der Schwingungsamplitude aufweist;
- wird der Widerstand des Resonators stark reduziert.
Die zur Aufrechterhaltung der Schwingung erforderliche Energie ist gering, wenn die Frequenzen gleich sind.
Kennzeichnung eines Quarzresonators in einem Schaltplan
Das Gerät wird auf die gleiche Weise wie ein Kondensator bezeichnet. Unterschied: Zwischen den vertikalen Segmenten befindet sich ein Rechteck - das Symbol für eine Platte aus Quarzkristall. Eine Lücke trennt die Seiten des Rechtecks und die Kondensatorabdeckungen. Im Diagramm kann daneben das Symbol QX erscheinen.
Wie man einen Quarzresonator testet
Probleme mit kleinen Geräten treten auf, wenn sie einen harten Schlag erhalten. Dies geschieht, wenn Geräte mit Resonatoren fallengelassen werden. Letztere versagen und müssen nach dem gleichen Prinzip ersetzt werden.
Um zu prüfen, ob ein Resonator ordnungsgemäß funktioniert, ist ein Prüfgerät erforderlich. Er besteht aus einem KT3102-Transistor, 5 Kondensatoren und 2 Widerständen (das Gerät ist ähnlich wie ein Quarzoszillator auf einem Transistor aufgebaut).
Das Gerät muss mit der Basis des Transistors und dem Minuspol in der Verdrahtung verbunden werden, wobei das Gerät durch einen Schutzkondensator geschützt wird. Die Spannungsversorgung des Schaltkreises beträgt konstant 9 V. Die Plusseite ist mit dem Eingang des Transistors und über einen Kondensator mit dessen Ausgang verbunden - ein Frequenzmesser, der die Frequenzparameter des Resonators aufzeichnet.
Die Schaltung wird beim Einstellen des Schwingkreises verwendet. Wenn der Resonator in gutem Zustand ist, gibt er beim Anschließen Schwingungen ab, die eine Wechselspannung am Emitter des Transistors hervorrufen. Die Frequenz der Spannung stimmt mit der Frequenz des Resonators überein.
Das Gerät ist defekt, wenn das Frequenzmessgerät das Auftreten von Frequenzen nicht registriert oder das Vorhandensein von Frequenzen feststellt, diese aber entweder stark von den Nennwerten abweichen oder sich bei Erwärmung des Gehäuses mit einem Lötkolben stark verändern.
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