O ressonador de quartzo é um dispositivo electrónico baseado no efeito piezo, bem como na ressonância mecânica. É utilizado por estações de rádio, onde fixa a frequência portadora, em relógios e temporizadores, registando um intervalo de 1 segundo.
Conteúdos
O que é e porque precisa dele
O dispositivo é uma fonte de oscilações harmónicas de alta precisão. Em comparação com os seus concorrentes, tem parâmetros estáveis e de alta eficiência.
Os primeiros exemplos de dispositivos modernos apareceram em estações de rádio nas décadas de 1920 e 1930 como elementos de funcionamento estável capazes de fixar uma frequência portadora. Eles:
- Substituiu os ressoadores de cristal baseados em sal de segnaetium, inventado por Alexander M. Nicholson em 1917 e caracterizado pela instabilidade;
- para substituir o anterior circuito bobina-capacitor, que não era muito bom até 300 e foi afectado por alterações de temperatura.
Um pouco mais tarde, os ressonadores de quartzo tornaram-se parte integrante dos temporizadores, relógios e relógios. Componentes electrónicos com uma frequência de ressonância intrínseca de 32768 Hz, que num contador binário de 15 dígitos define o intervalo de tempo para 1 segundo.
Os dispositivos são utilizados hoje em dia:
- relógios de quartzo, dando-lhes precisão independentemente da temperatura ambiente;
- Instrumentos de medição que lhes garantam uma elevada precisão;
- sonómetros de ecos marinhos utilizados em levantamentos e para cartografar o fundo marinho, fixar recifes, cardumes e localizar objectos na água
- circuitos correspondentes aos osciladores de referência de síntese de frequência
- circuitos utilizados em indicações de ondas de SSB ou sinais telegráficos;
- rádios com um sinal DSB a uma frequência intermédia
- filtros passa-banda Receptores do tipo super-heterodyneEstes são mais estáveis e robustos do que os filtros LC.
Os dispositivos estão disponíveis em diferentes caixas. Dividido em chumbo, utilizado na montagem volumétrica, e SMD, utilizado na montagem de superfície.
O seu funcionamento depende da fiabilidade do circuito de comutação, o que afecta:
- desvio da frequência do valor requerido, estabilidade dos parâmetros
- taxa de envelhecimento do dispositivo;
- a capacidade de carga.
Propriedades do ressonador de quartzo
Ultrapassa os análogos anteriores, o que torna o dispositivo indispensável em muitos circuitos electrónicos, e explica o alcance do dispositivo. Isto é evidenciado pelo facto de na primeira década desde a sua invenção terem sido produzidas mais de 100.000 unidades nos EUA (sem contar com outros países).
Entre as propriedades positivas dos ressonadores de quartzo, que explicam a popularidade, a procura dos dispositivos:
- factor de boa qualidade, cujos valores - 104-106 - excedem os parâmetros dos análogos anteriormente utilizados (têm um factor de qualidade de 300);
- pequenas dimensões, que podem ser medidas em fracções de um milímetro;
- resistentes a flutuações de temperatura;
- longa vida útil;
- facilidade de fabrico;
- possibilidade de construir filtros em cascata de alta qualidade sem afinação manual.
Os ressonadores de quartzo também têm desvantagens:
- elementos externos permitem o ajuste da frequência num intervalo estreito;
- têm uma construção frágil;
- não tolerar calor excessivo.
Princípio de funcionamento do ressonador de quartzo
O dispositivo funciona com base no efeito piezo, que aparece numa placa de quartzo, e a baixa temperatura. O elemento é cortado a partir de uma única peça de cristal de quartzo, observando um ângulo pré-determinado. Este último determina os parâmetros electroquímicos do ressonador.
As placas são revestidas em ambos os lados com uma camada de prata (platina, níquel, ouro são adequados). São então firmemente fixados num invólucro que é selado. O dispositivo é um sistema oscilante que tem a sua própria frequência de ressonância.
Quando os eléctrodos são expostos a tensão alternada, a placa de quartzo, que tem propriedades piezoeléctricas, dobra, comprime, desloca (dependendo do tipo de processamento do cristal). Ao mesmo tempo aparece nele um contador EMF, como numa bobina indutora num circuito oscilante.
Quando uma tensão é aplicada a uma frequência que coincide com a oscilação natural da placa, a ressonância ocorre no dispositivo. Ao mesmo tempo:
- o elemento quartzo tem um aumento na amplitude de oscilação;
- a resistência do ressonador é grandemente reduzida.
A energia necessária para sustentar a oscilação é baixa quando as frequências são iguais.
Marcação de um ressonador de quartzo num diagrama de circuito
O dispositivo é designado da mesma forma que um condensador. Diferença: Entre os segmentos verticais existe um rectângulo - o símbolo de uma placa feita de cristal de quartzo. Uma fenda separa os lados do rectângulo e as tampas do condensador. O símbolo QX pode aparecer junto a ele no diagrama.
Como testar um ressonador de quartzo
Problemas com dispositivos pequenos ocorrem se eles receberem uma pancada forte. Isto ocorre quando os dispositivos que contêm ressonadores são largados. Estes últimos falham e precisam de ser substituídos de acordo com a mesma linha.
A verificação de um ressonador para um funcionamento correcto requer um testador. É montado com base num transístor KT3102, 5 condensadores e 2 resistências (o dispositivo é semelhante a um oscilador de quartzo montado sobre um transístor).
O dispositivo tem de ser ligado à base do transístor e ao pólo negativo nas ligações dos cabos, protegendo o dispositivo com um condensador de protecção. A fonte de alimentação do circuito de comutação é constante 9V. O lado positivo está ligado à entrada do transistor, à sua saída através de um condensador - um contador de frequência, que regista os parâmetros de frequência do ressonador.
O circuito é utilizado quando se ajusta o circuito de oscilação. Quando o ressonador está em bom estado, ele emite oscilações quando ligado, o que faz aparecer uma tensão alternada no emissor do transistor. A frequência da voltagem coincide com a do ressonador.
O dispositivo é defeituoso se o medidor de frequência não registar a ocorrência de frequência ou detectar a presença de frequência, mas - ou muito diferente do nominal, ou quando a caixa é aquecida com um ferro de soldar, muda muito.
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