Wat is een kwartsresonator en hoe werkt het?

Kwartsresonator is een elektronisch apparaat dat zowel op piëzo-effect als op mechanische resonantie is gebaseerd. Het wordt gebruikt door radiozenders, waar het de draaggolffrequentie instelt, in klokken en timers, waar het een interval van 1 seconde registreert.

Wat het is en waarom je het nodig hebt

Het apparaat is een bron van zeer precieze harmonische oscillaties. Het heeft, in vergelijking met zijn analogen, een hoog rendement, stabiele parameters.

De eerste voorbeelden van moderne toestellen verschenen op radiozenders in de jaren twintig en dertig van de vorige eeuw als elementen van stabiele werking waarmee een draaggolffrequentie kon worden ingesteld. Zij:

• Vervangt de kristalresonatoren op basis van segnaetiumzout, uitgevonden door Alexander M. Nicholson in 1917 en gekenmerkt door instabiliteit;
• ter vervanging van de spoel-condensatorschakeling die was gebruikt maar niet erg goed was tot 300 en werd beïnvloed door temperatuurschommelingen.

Iets later werden kwartsresonatoren een integraal onderdeel van tijdschakelaars, klokken en horloges. Elektronische componenten met een intrinsieke resonantiefrequentie van 32768 Hz, die in een binaire 15-cijferige teller het tijdsinterval op 1 seconde stelt.

De apparaten worden tegenwoordig gebruikt in:

• kwartsklokken, waardoor ze nauwkeurig zijn, ongeacht de omgevingstemperatuur;
• Meetinstrumenten die hen een hoge nauwkeurigheid garanderen;
• mariene echoloodsen die worden gebruikt bij onderzoek en voor het in kaart brengen van de zeebodem, het opsporen van riffen en strandhoofden en het lokaliseren van objecten in het water
• schakelingen die overeenkomen met frequentie synthetiserende referentie oscillatoren
• circuits die worden gebruikt bij golfindicaties van SSB- of telegraafsignalen;
• radio's met een DSB-signaal op een middenfrequentie
• bandpassfilters Ontvangers van het superheterodyne typeDeze zijn stabieler en robuuster dan LC-filters.

De toestellen zijn verkrijgbaar in verschillende behuizingen. Onderverdeeld in doorvoer, gebruikt bij volumetrische montage, en SMD, gebruikt bij oppervlaktemontage.

Hun prestaties hangen af van de betrouwbaarheid van het schakelcircuit, dat van invloed is:

• frequentieafwijking van de vereiste waarde, parameterstabiliteit
• verouderingssnelheid van het apparaat;
• de belastingscapaciteit.

Eigenschappen van de kwartsresonator

Presteert beter dan eerdere analogen, waardoor het apparaat onmisbaar is in vele elektronische schakelingen, en verklaart de reikwijdte van het apparaat. Dit blijkt uit het feit dat in het eerste decennium na de uitvinding meer dan 100.000 eenheden in de VS zijn geproduceerd (andere landen niet meegerekend).

Onder de positieve eigenschappen van kwartsresonatoren, die de populariteit verklaren, de vraag naar de apparaten:

• een goede kwaliteitsfactor, waarvan de waarden - 104-106 - hoger liggen dan de parameters van eerder gebruikte analogen (met een kwaliteitsfactor van 300);
• kleine afmetingen, die in fracties van een millimeter kunnen worden gemeten;
• bestand tegen temperatuurschommelingen;
• lange levensduur;
• gemak van fabricage;
• mogelijkheid om cascadefilters van hoge kwaliteit te bouwen zonder handmatige afstelling.

Kwartsresonatoren hebben ook nadelen:

• externe elementen maken aanpassing van de frequentie in een smal bereik mogelijk;
• hebben een fragiele constructie;
• verdragen geen overmatige hitte.

Werkingsprincipe van de kwartsresonator

Het apparaat werkt op basis van het piëzo-effect, dat optreedt op een plaat van kwarts, en bij lage temperatuur. Het element wordt uit één stuk kwarts kristal gesneden, waarbij een vooraf bepaalde hoek in acht wordt genomen. Deze laatste bepaalt de elektrochemische parameters van de resonator.

De platen worden aan beide zijden bekleed met een laag zilver (platina, nikkel, goud zijn geschikt). Zij worden vervolgens stevig bevestigd in een omhulsel dat wordt verzegeld. Het toestel is een oscillerend systeem dat zijn eigen resonantiefrequentie heeft.

Wanneer de elektroden worden blootgesteld aan wisselspanning, gaat de kwartsplaat, die piëzo-elektrische eigenschappen heeft, buigen, samendrukken, verschuiven (afhankelijk van het type kristalbewerking). Tegelijkertijd wordt daarin een tegen-EMF opgewekt, zoals in een spoel in een oscillerende kring.

Wanneer een spanning wordt aangelegd met een frequentie die samenvalt met de natuurlijke trilling van de plaat, treedt resonantie op in het toestel. Op hetzelfde moment:

• het kwarts element heeft een toename in amplitude van oscillatie;
• wordt de weerstand van de resonator sterk verminderd.

De energie die nodig is om een oscillatie in stand te houden is laag wanneer de frequenties gelijk zijn.

Markering van een kwartsresonator in een schakelschema

Het apparaat wordt op dezelfde manier aangeduid als een condensator. Verschil: Tussen de verticale segmenten bevindt zich een rechthoek - het symbool van een plaat van kwarts kristal. Een spleet scheidt de zijden van de rechthoek en de condensatordeksels. Het symbool QX kan ernaast in het diagram verschijnen.

Hoe test je een kwartsresonator

Problemen met kleine toestellen ontstaan als ze een harde klap krijgen. Dit gebeurt wanneer apparaten die resonatoren bevatten, vallen. De laatste gaan stuk en moeten op dezelfde manier worden vervangen.

Om te controleren of een resonator goed werkt, is een tester nodig. Het is samengesteld op basis van een KT3102-transistor, 5 condensatoren en 2 weerstanden (het apparaat is vergelijkbaar met een kwartsoscillator die op een transistor is geassembleerd).

Het apparaat moet worden aangesloten op de basis van de transistor en de negatieve pool in de bedradingsaansluitingen, waarbij het apparaat wordt beschermd door een beveiligingscondensator. De stroomvoorziening van het schakelcircuit is constant 9V. De plus-zijde is verbonden met de ingang van de transistor, via een condensator met de uitgang - een frequentiemeter, die de frequentieparameters van de resonator registreert.

De schakeling wordt gebruikt bij het afstellen van het oscillatiecircuit. Wanneer de resonator in goede staat is, geeft hij bij aansluiting oscillaties af, die een wisselspanning veroorzaken aan de emitter van de transistor. De frequentie van de spanning valt samen met die van de resonator.

Het apparaat is defect als de frequentiemeter het optreden van de frequentie niet registreert of de aanwezigheid van de frequentie detecteert, maar deze - ofwel veel afwijkt van de nominale, of wanneer de kast met een soldeerbout wordt verwarmd, sterk verandert.

Verwante artikelen: