Kremenný rezonátor je elektronické zariadenie založené na piezoelektrickom efekte, ako aj na mechanickej rezonancii. Používa sa v rozhlasových staniciach, kde nastavuje nosnú frekvenciu, v hodinách a časovačoch, ktoré zaznamenávajú interval 1 sekunda.
Obsah
Čo je to a prečo ho potrebujete
Zariadenie je zdrojom vysoko presných harmonických oscilácií. V porovnaní s konkurenciou má vysokú účinnosť a stabilné parametre.
Prvé príklady moderných zariadení sa objavili na rozhlasových staniciach v 20. a 30. rokoch 20. storočia ako prvky stabilnej prevádzky schopné nastaviť nosnú frekvenciu. Oni:
- Nahradil kryštálové rezonátory na báze segnaetiovej soli, ktoré vynašiel Alexander M. Nicholson v roku 1917 a ktoré sa vyznačovali nestabilitou;
- na nahradenie predchádzajúceho obvodu cievka-kondenzátor, ktorý nebol veľmi dobrý do 300 a bol ovplyvnený zmenami teploty.
O niečo neskôr sa kremenné rezonátory stali neoddeliteľnou súčasťou časovačov, hodín a hodiniek. Elektronické súčiastky s vlastnou rezonančnou frekvenciou 32768 Hz, ktorá v binárnom 15-miestnom počítadle nastavuje časový interval na 1 sekundu.
Tieto zariadenia sa dnes používajú v:
- quartzové hodiny, ktoré sú presné bez ohľadu na teplotu okolia;
- Meracie prístroje, ktoré im zaručujú vysokú presnosť;
- morské echoloty používané pri prieskumoch a na mapovanie morského dna, určovanie útesov, plytčín a lokalizáciu objektov vo vode
- obvody zodpovedajúce referenčným oscilátorom na syntézu frekvencie
- obvody používané pri vlnových indikáciách SSB alebo telegrafných signálov;
- rádiostanice so signálom DSB na medzifrekvencii
- pásmové filtre Superheterodynový typ prijímačovSú stabilnejšie a odolnejšie ako LC filtre.
Zariadenia sú k dispozícii v rôznych krytoch. Delia sa na priechodné, používané pri objemovej montáži, a SMD, používané pri povrchovej montáži.
Ich výkon závisí od spoľahlivosti spínacieho obvodu, ktorá ovplyvňuje:
- odchýlka frekvencie od požadovanej hodnoty, stabilita parametrov
- rýchlosť starnutia zariadenia;
- kapacita záťaže.
Vlastnosti kremenného rezonátora
Prekonáva predchádzajúce analógy, čo robí zariadenie nepostrádateľným v mnohých elektronických obvodoch a vysvetľuje rozsah zariadenia. Svedčí o tom aj skutočnosť, že za prvé desaťročie od jeho vynájdenia sa v USA vyrobilo viac ako 100 000 kusov (bez ohľadu na ostatné krajiny).
Medzi pozitívne vlastnosti kremenných rezonátorov, ktoré vysvetľujú popularitu, patrí dopyt po zariadeniach:
- dobrý faktor kvality, ktorého hodnoty - 104-106 - prevyšujú parametre doteraz používaných analógov (majú faktor kvality 300);
- malé rozmery, ktoré sa dajú merať na zlomky milimetra;
- odolné voči teplotným výkyvom;
- dlhá životnosť;
- jednoduchosť výroby;
- možnosť vytvárať vysokokvalitné kaskádové filtre bez manuálneho ladenia.
Kremenné rezonátory majú aj nevýhody:
- externé prvky umožňujú nastavenie frekvencie v úzkom rozsahu;
- majú krehkú konštrukciu;
- neznášajú nadmerné teplo.
Princíp činnosti kremenného rezonátora
Zariadenie funguje na základe piezoelektrického efektu, ktorý sa prejavuje na kremennej platni, a nízkej teploty. Prvok je vyrezaný z jedného kusu kremenného kryštálu, pričom sa dodrží vopred stanovený uhol. Ten určuje elektrochemické parametre rezonátora.
Dosky sú z oboch strán potiahnuté vrstvou striebra (vhodné sú platina, nikel, zlato). Potom sa pevne zafixujú v puzdre, ktoré sa zapečatí. Zariadenie je kmitajúci systém, ktorý má vlastnú rezonančnú frekvenciu.
Keď sú elektródy vystavené striedavému napätiu, kremenná doska, ktorá má piezoelektrické vlastnosti, sa ohýba, stláča, posúva (v závislosti od typu spracovania kryštálu). Súčasne sa v ňom objaví protismerné EMP ako v cievke induktora v oscilačnom obvode.
Keď sa privedie napätie s frekvenciou, ktorá sa zhoduje s vlastným kmitaním dosky, nastane v zariadení rezonancia. Zároveň:
- kremenný prvok má zvýšenú amplitúdu kmitania;
- odpor rezonátora sa výrazne zníži.
Energia potrebná na udržanie kmitania je pri rovnakých frekvenciách nízka.
Označenie kremenného rezonátora v schéme zapojenia
Zariadenie sa označuje rovnako ako kondenzátor. Rozdiel: Medzi zvislými úsečkami je obdĺžnik - symbol dosky z kremenného kryštálu. Strany obdĺžnika a kryty kondenzátora oddeľuje medzera. V schéme sa vedľa neho môže objaviť symbol QX.
Ako otestovať kremenný rezonátor
Problémy s malými zariadeniami nastávajú, ak dostanú silný náraz. K tomu dochádza pri páde zariadení obsahujúcich rezonátory. Tie druhé zlyhávajú a je potrebné ich vymeniť podľa rovnakého vzoru.
Kontrola správnej činnosti rezonátora si vyžaduje tester. Je zostavený na základe tranzistora KT3102, 5 kondenzátorov a 2 rezistorov (zariadenie je podobné kremennému oscilátoru zostavenému na tranzistore).
Zariadenie musí byť pripojené k báze tranzistora a k zápornému pólu v zapojení, pričom zariadenie je chránené ochranným kondenzátorom. Napájanie spínacieho obvodu je konštantné 9 V. Plusová strana je pripojená na vstup tranzistora, na jeho výstup cez kondenzátor - merač frekvencie, ktorý zaznamenáva frekvenčné parametre rezonátora.
Obvod sa používa pri nastavovaní oscilačného obvodu. Ak je rezonátor v dobrom stave, po pripojení vydáva oscilácie, ktoré spôsobujú striedavé napätie na emitori tranzistora. Frekvencia napätia sa zhoduje s frekvenciou rezonátora.
Zariadenie je chybné, ak merač frekvencie nezaznamená výskyt frekvencie alebo zistí prítomnosť frekvencie, ale tá sa buď výrazne líši od nominálnej, alebo sa pri zahriatí puzdra spájkovačkou výrazne zmení.
Súvisiace články:
