Кварцовият резонатор е електронно устройство, изградено върху пиезоелектричния ефект, както и механичния резонанс. Използва се от радиостанции, където задава носещата честота, в часове и таймери, фиксирайки в тях интервал от 1 секунда.
Съдържание
Какво е това и защо е необходимо
Устройството е източник, който осигурява високо прецизни хармонични трептения. Има, в сравнение с аналозите, по-голяма ефективност на работа, стабилни параметри.
Първите образци на съвременни устройства се появяват по радиостанциите през 1920-1930 г. като елементи със стабилна работа, способни да задават носещата честота. Те са:
- те заменят солените кристални резонатори на Rochelle, които се появяват през 1917 г. в резултат на изобретението на Александър М. Никълсън и се характеризират с нестабилност;
- те замениха използваната преди това схема с намотка и кондензатор, които не се различаваха по висок коефициент на качество (до 300) и зависеха от температурните промени.
Малко по-късно кварцовите резонатори станаха неразделна част от таймерите и часовниците. Електронни компоненти с естествена резонансна честота 32768 Hz, които в двоичен 15-битов брояч задават времеви интервал от 1 секунда.
Устройствата се използват днес в:
- кварцови часовници, осигуряващи им точност на работа, независимо от температурата на околната среда;
- средства за измерване, гарантиращи им висока точност на показателите;
- морски ехолоти, които се използват при проучване и създаване на карти на дъното, фиксиране на рифове, плитчини, търсене на обекти във водата;
- вериги, съответстващи на еталонни осцилатори, синтезиращи честоти;
- схеми, използвани за вълнова индикация на SSB или телеграфен сигнал;
- радиостанции с DSB-сигнал с междинна честота;
- лентови филтри приемници от суперхетеродинов тип, които са по-стабилни и качествени от LC филтрите.
Устройствата се произвеждат с различни кутии. Те се разделят на изходни, използвани при насипен монтаж, и SMD, използвани при повърхностен монтаж.
Тяхната работа зависи от надеждността на превключващата верига, което засяга:
- отклонение на честотата от необходимата стойност, стабилност на параметрите;
- скорост на стареене на устройството;
- товароносимост.
Свойства на кварцов резонатор
Превъзхожда съществуващите досега аналози, което прави устройството незаменимо в много електронни схеми и обяснява обхвата на устройството.Това се потвърждава от факта, че през първото десетилетие от изобретението в Съединените щати (без да броим другите страни) са произведени повече от 100 хиляди броя устройства.
Сред положителните свойства на кварцовите резонатори, които обясняват популярността и търсенето на устройства:
- добър коефициент на качество, чиито стойности - 104-106 - надвишават параметрите на използваните преди това аналози (те имат коефициент на качество 300);
- малки размери, които могат да бъдат измерени в части от милиметър;
- устойчивост на температура, нейните колебания;
- дълъг експлоатационен живот;
- лекота на производство;
- възможността за изграждане на висококачествени каскадни филтри без използване на ръчни настройки.
Кварцовите резонатори също имат недостатъци:
- външни елементи ви позволяват да регулирате честотата в тесен диапазон;
- имат крехка структура;
- не понасят прекомерна топлина.
Принципът на работа на кварцов резонатор
Устройството работи на базата на пиезоелектричния ефект, който се проявява върху кварцова плоча и при ниска температура. Елементът се изрязва от единичен кварцов кристал, като се спазва определеният ъгъл. Последният определя електрохимичните параметри на резонатора.
Плочите са покрити от двете страни със слой от сребро (подходящи са платина, никел, злато). След това те са здраво фиксирани в корпуса, който е запечатан. Устройството е осцилаторна система, която има собствена резонансна честота.
Когато електродите са подложени на променливо напрежение, кварцовата плоча, която има пиезоелектрично свойство, се огъва, свива, измества (в зависимост от вида на обработката на кристала). В същото време в него се появява контра-EMF, както се случва в индуктор, разположен в осцилаторна верига.
Когато се приложи напрежение с честота, съвпадаща с естествените вибрации на плочата, тогава в устройството се наблюдава резонанс. Едновременно:
- елемент от кварц увеличава амплитудата на трептенията;
- съпротивлението на резонатора е значително намалено.
Енергията, която е необходима за поддържане на трептения, е ниска в случай на равни честоти.
Обозначение на кварцов резонатор в електрическата верига
Устройството е обозначено подобно на кондензатор. Разлика: между вертикалните сегменти е поставен правоъгълник - символът на плоча от кварцов кристал. Страните на правоъгълника и плочата на кондензатора са разделени с празнина. В близост на диаграмата може да има буквено обозначение на устройството - QX.
Как да тествате кварцов резонатор
Проблеми с малките уреди възникват, ако получат силен удар. Това се случва, когато устройства, съдържащи резонатори в дизайна, паднат. Последните се провалят и изискват подмяна според същите параметри.
Проверката на резонатора за ефективност изисква тестер. Той е сглобен по схема, базирана на транзистор KT3102, 5 кондензатора и 2 резистора (устройството е подобно на кварцов осцилатор, сглобен на транзистор).
Устройството трябва да бъде свързано към основата на транзистора и отрицателния полюс в свързаните връзки, връзки, защитавайки чрез инсталиране на защитен кондензатор. Захранването на комутационната верига е постоянно - 9V. Плюс това, те се свързват към входа на транзистора, към неговия изход - през кондензатора - честотомер, който фиксира честотните параметри на резонатора.
Схемата се използва при настройка на трептящата верига.Когато резонаторът е в добро състояние, когато е свързан, той произвежда трептения, които водят до появата на променливо напрежение на емитера на транзистора. Освен това честотата на напрежението съвпада с подобна характеристика на резонатора.
Устройството е повредено, ако честотомерът не открива появата на честота или определя наличието на честота, но тя или е много различна от номиналната стойност, или се променя значително, когато корпусът се нагрява с поялник.
Подобни статии:
