Kvarca rezonators ir elektroniska ierīce, kuras pamatā ir pjezoefekts, kā arī mehāniska rezonanse. To izmanto radiostacijās, kur tā nosaka nesējfrekvenci, pulksteņos un taimeros, reģistrējot 1 sekundes intervālu.
Saturs
Kas tas ir un kāpēc jums tas ir nepieciešams
Ierīce ir augstas precizitātes harmonisko svārstību avots. Salīdzinot ar konkurentiem, tam ir augsta efektivitāte, stabili parametri.
Pirmie moderno ierīču paraugi parādījās radiostacijās 20. gadsimta 20. un 30. gados kā stabilas darbības elementi, kas spēja iestatīt nesējfrekvenci. Viņi:
- Aizstāja 1917. gadā Aleksandra M. Nikolsona izgudrotos kristāliskos rezonatorus, kuru pamatā bija segnacija sāls un kuriem bija raksturīga nestabilitāte;
- lai aizstātu iepriekšējo spoles-kondensatora ķēdi, kas nebija ļoti laba līdz 300, un to ietekmēja temperatūras izmaiņas.
Nedaudz vēlāk kvarca rezonatori kļuva par neatņemamu taimeru, pulksteņu un pulksteņu sastāvdaļu. Elektroniskie komponenti ar raksturīgo rezonanses frekvenci 32768 Hz, kas binārajā 15 ciparu skaitītājā nosaka laika intervālu 1 sekunde.
Šobrīd šīs ierīces tiek izmantotas:
- kvarca pulksteņiem, nodrošinot tiem precizitāti neatkarīgi no apkārtējās vides temperatūras;
- Mērinstrumenti, kas garantē augstu precizitāti;
- jūras eholoti, ko izmanto apsekojumos un jūras gultnes kartēšanai, rifu un sēkļu noteikšanai, kā arī objektu atrašanās vietas noteikšanai ūdenī.
- shēmas, kas atbilst frekvenču sintēzes standartosignālu oscilatoriem.
- shēmas, ko izmanto SSB vai telegrāfa signālu viļņu indikācijās;
- radio ar DSB signālu starpfrekvencē.
- frekvenču joslas filtri Superheterodīna tipa uztvērējiTie ir stabilāki un izturīgāki nekā LC filtri.
Ierīces ir pieejamas dažādos korpusos. Sadalās uz caurvadāmajiem, ko izmanto tilpuma montāžā, un SMD, ko izmanto virsmas montāžā.
To veiktspēja ir atkarīga no komutācijas ķēdes uzticamības, kas ietekmē:
- frekvences novirze no nepieciešamās vērtības, parametru stabilitāte
- ierīces novecošanās ātrums;
- slodzes kapacitāte.
Kvarca rezonatora īpašības
Pārspēj iepriekšējos analogus, kas padara ierīci neaizstājamu daudzās elektroniskajās shēmās un izskaidro ierīces darbības jomu. Par to liecina fakts, ka pirmajos desmit gados kopš izgudrošanas ASV ir saražoti vairāk nekā 100 000 vienību (neskaitot citas valstis).
Starp kvarca rezonatoru pozitīvajām īpašībām, kas izskaidro ierīču popularitāti, ir arī pieprasījums pēc tām:
- labs kvalitātes koeficients, kura vērtības - 104-106 - pārsniedz iepriekš izmantoto analogu parametrus (kvalitātes koeficients ir 300);
- maziem izmēriem, ko var izmērīt milimetra daļās;
- izturīgs pret temperatūras svārstībām;
- ilgs kalpošanas laiks;
- izgatavošanas vienkāršība;
- iespēja izveidot augstas kvalitātes kaskādes filtrus bez manuālas regulēšanas.
Kvarca rezonatoriem ir arī trūkumi:
- ārējie elementi ļauj regulēt frekvenci šaurā diapazonā;
- ir trausla konstrukcija;
- necieš pārmērīgu karstumu.
Kvarca rezonatora darbības princips
Ierīce darbojas, pamatojoties uz pjezoefektiem, kas parādās uz kvarca plāksnes, un zemu temperatūru. Elementu izgriež no viena kvarca kristāla gabala, ievērojot iepriekš noteiktu leņķi. Pēdējais nosaka rezonatora elektroķīmiskos parametrus.
Plāksnes no abām pusēm ir pārklātas ar sudraba (der platīna, niķeļa, zelta) kārtu. Pēc tam tie tiek stingri iestiprināti apvalkā, kas tiek aizzīmogots. Ierīce ir svārstību sistēma, kurai ir sava rezonanses frekvence.
Kad elektrodi tiek pakļauti maiņspriegumam, kvarca plāksne, kurai piemīt pjezoelektriskas īpašības, saliecas, saspiežas, pārvietojas (atkarībā no kristālu apstrādes veida). Tajā pašā laikā tajā parādās pretējs elektromagnētiskais spriegums, kā induktora spolē svārstību ķēdē.
Ja tiek pielikts spriegums ar frekvenci, kas sakrīt ar plates dabiskajām svārstībām, ierīcē rodas rezonanse. Tajā pašā laikā:
- kvarca elementa svārstību amplitūda palielinās;
- rezonatora pretestība ievērojami samazinās.
Ja frekvences ir vienādas, svārstību uzturēšanai nepieciešamā enerģija ir neliela.
Kvarca rezonatora marķējums shēmas shēmā
Ierīce tiek apzīmēta tāpat kā kondensators. Atšķirība: starp vertikālajiem segmentiem ir taisnstūris - no kvarca kristāla izgatavotas plāksnes simbols. Taisnstūra malas un kondensatora vākus atdala sprauga. Blakus tam diagrammā var parādīties simbols QX.
Kā pārbaudīt kvarca rezonatoru
Problēmas ar mazām ierīcēm rodas, ja tās saņem spēcīgu triecienu. Tas notiek, kad ierīces, kurās ir rezonatori, tiek nomestas. Pēdējie neizdodas un ir jānomaina tāpat.
Lai pārbaudītu, vai rezonators darbojas pareizi, ir nepieciešams testeris. Tas ir veidots, izmantojot tranzistoru KT3102, 5 kondensatorus un 2 rezistorus (ierīce ir līdzīga kvarca oscilatoram, kas montēts uz tranzistora).
Ierīce ir jāsavieno ar tranzistora bāzi un negatīvo polu vadu savienojumos, aizsargājot ierīci ar aizsargkondensatoru. Komutācijas ķēdes barošanas avots ir konstants 9 V spriegums. Plusa puse ir savienota ar tranzistora ieeju, ar tā izeju caur kondensatoru - frekvenču mērītāju, kas reģistrē rezonatora frekvences parametrus.
Shēma tiek izmantota, regulējot svārstību ķēdi. Ja rezonators ir labā stāvoklī, tas, kad ir pieslēgts, izdala svārstības, kas izraisa mainīga sprieguma parādīšanos tranzistora emiterī. Sprieguma frekvence sakrīt ar rezonatora frekvenci.
Ierīce ir bojāta, ja frekvenču mērītājs nereģistrē frekvences parādīšanos vai konstatē frekvences klātbūtni, bet tā - vai nu ievērojami atšķiras no nominālās, vai arī, kad korpuss tiek uzkarsēts ar lodāmuru, tas ievērojami mainās.
Saistītie raksti:
