Kvarčni resonator je elektronska naprava, ki temelji na piezo efektu in mehanski resonanci. Uporabljajo ga radijske postaje, kjer nastavi nosilno frekvenco, v urah in časovnikih ter v njih določi interval 1 sekunde.
Vsebina
Kaj je to in zakaj ga potrebujete
Naprava je vir, ki zagotavlja visoko natančna harmonična nihanja. V primerjavi s kolegi ima večjo učinkovitost dela, stabilne parametre.
Prvi primeri sodobnih naprav so se pojavili v radijskih postajah v letih 1920-1930 kot elementi s stabilnim delovanjem, ki lahko nastavijo nosilno frekvenco. Oni:
- zamenjal kristalne resonatorje, ki so delovali na segnecijevo sol, ki so se pojavili leta 1917 kot rezultat izuma Alexandra M. Nicholsona in so bili opazni po svoji nestabilnosti;
- nadomeščajo prejšnje vezje tuljava-kondenzator, ki ni bilo zelo učinkovito (do 300) in so nanj vplivale temperaturne spremembe.
Malo kasneje so kvarčni resonatorji postali sestavni del časovnikov, ur. Elektronske komponente z intrinzično resonančno frekvenco 32768 Hz, ki v binarnem 15-bitnem števcu nastavi časovni interval na 1 sekundo.
Naprave se danes uporabljajo v:
- kvarčne ure, ki jim dajejo natančnost ne glede na temperaturo okolja;
- Merilni instrumenti, ki jim zagotavljajo visoko natančnost odčitkov;
- odmevalniki morja, ki se uporabljajo pri raziskovanju in kartiranju dna, pritrjevanju grebenov, plitvin, iskanju predmetov v vodi
- vezja, ki ustrezajo referenčnim oscilatorjem za sintezo frekvence;
- vezja, ki se uporabljajo v valovnem signalu SSB ali telegrafskem signalu;
- radijski aparati s signalom DSB na vmesni frekvenci;
- pasovni filtri Sprejemniki superheterodinskega tipaki so stabilnejši in robustnejši od LC filtrov.
Naprave so izdelane z različnimi ohišji. Razdeljeni so na vodilne žice, ki se uporabljajo pri volumetrični montaži, in SMD, ki se uporabljajo pri površinski montaži.
Njihovo delovanje je odvisno od zanesljivosti stikalnega vezja, ki vpliva na:
- odstopanje frekvence od zahtevane vrednosti, stabilnost parametra;
- stopnja staranja naprave;
- obremenitvena kapacitivnost.
Lastnosti kvarčnega resonatorja
Nadrejena prejšnjim analogom, zaradi česar je naprava nepogrešljiva v številnih elektronskih vezjih in pojasnjuje obseg naprave. To dokazuje dejstvo, da je bilo v prvem desetletju od izuma v ZDA (brez drugih držav) proizvedenih več kot 100.000 enot naprave.
Med pozitivnimi lastnostmi kvarčnih resonatorjev, ki pojasnjujejo priljubljenost, povpraševanje po napravah:
- dober faktor kakovosti, katerega vrednosti - 104-106 - presegajo parametre predhodno uporabljenih analogov (imajo faktor kakovosti 300);
- majhne dimenzije, ki jih je mogoče meriti v delcih milimetra;
- odpornost na temperaturo, njena nihanja;
- dolga življenjska doba;
- enostavnost izdelave;
- možnost izdelave visokokakovostnih kaskadnih filtrov brez ročne nastavitve.
Kvarčni resonatorji imajo tudi slabosti:
- zunanji elementi omogočajo nastavitev frekvence v ozkem območju;
- imajo krhko strukturo;
- ne prenašajo prekomerne vročine.
Načelo delovanja kvarčnega resonatorja
Naprava deluje na osnovi piezo efekta, ki se pojavi na plošči iz kremena in nizke temperature. Element je izrezan iz enega samega kristala kremena ob upoštevanju danega kota. Slednji določa elektrokemijske parametre resonatorja.
Plošče so obojestransko prevlečene s plastjo srebra (primerna je platina, nikelj, zlato). Nato so trdno pritrjeni v ohišje, ki je zapečateno. Naprava je nihajni sistem, ki ima lastno resonančno frekvenco.
Ko so elektrode izpostavljene izmenični napetosti, se kvarčna plošča, ki ima piezoelektrično lastnost, upogne, stisne, premakne (odvisno od vrste obdelave kristala). Hkrati se v njem pojavi nasprotni EMF, kot v induktorski tuljavi v nihajočem krogu.
Ko je napetost uporabljena s frekvenco, ki sovpada z lastnim nihanjem plošče, se v napravi pojavi resonanca. Ob istem času:
- Kvarčni element ima povečanje amplitude nihanja;
- upornost resonatorja se močno zmanjša.
Energija, ki je potrebna za vzdrževanje nihanja, je v primeru enakih frekvenc nizka.
Oznaka kvarčnega resonatorja v shemi vezja
Naprava je označena podobno kot kondenzator. Razlika: med navpičnima segmentoma je postavljen pravokotnik - simbol plošče iz kremenčevega kristala. Stranice pravokotnika in pokrovi kondenzatorja so ločeni z režo. V bližini na shemi je lahko črkovna oznaka naprave - QX.
Kako preizkusiti kvarčni resonator
Težave z majhnimi napravami se pojavijo, če so deležne močnega udarca. To se zgodi, ko naprave, ki vsebujejo resonatorje v svoji zasnovi, padejo. Slednji ne uspejo in zahtevajo zamenjavo za iste parametre.
Za preverjanje delovanja resonatorja je potreben tester.Sestavljen je po shemi, ki temelji na tranzistorju KT3102, 5 kondenzatorjih in 2 uporih (naprava je podobna kvarčnemu oscilatorju, sestavljenemu na tranzistorju).
Napravo je treba priključiti na osnovo tranzistorja in negativni pol v priključkih, pri čemer napravo zaščitite z zaščitnim kondenzatorjem. Napajanje stikalnega vezja je konstantno 9V. Plus je priključen na vhod tranzistorja, na njegov izhod - preko kondenzatorja - merilnik frekvence, ki zajema frekvenčne parametre resonatorja.
Shema se uporablja pri uglaševanju nihajnega kroga. Ko je resonator dober, ob priključitvi proizvaja nihanja, ki vodijo do pojava izmenične napetosti na oddajniku tranzistorja. In frekvenca napetosti sovpada s podobno karakteristiko resonatorja.
Naprava je okvarjena, če frekvenčnik ne registrira pojava frekvence oziroma zazna prisotnost frekvence, vendar se le-ta - ali močno razlikuje od nazivne ali pa se pri segrevanju ohišja s spajkalnikom močno spremeni.
Povezani članki:
