Kvarciniai rezonatoriai: paskirtis, pritaikymas, veikimo principas, naudojimo ypatybės

Kam skirti kvarciniai rezonatoriai?

Šiuolaikinė skaitmeninė elektronika su mikroprocesoriais ir mikrovaldikliais tiesiog neįsivaizduojama be laikrodžio svyravimų. O kur gaunami laikrodžio svyravimai, ten generatoriaus ir virpesių sistemos veikimas, o kur svyravimo sistema būtinai atsiras ir rezonanso reiškinys, ir toks svarbus parametras kaip kokybės faktorius. Čia mes supažindinami su kvarciniais rezonatoriais (osciliatoriais).

Kvarcinis rezonatorius (kvarcas) yra didelio dažnio pastovumo elektromagnetinių virpesių generatorius, kuriame naudojamos kvarco plokštės pjezoelektrinės ir mechaninės savybės.

Pagal veikimo principą kvarcinis rezonatorius yra osciliatorius su kvarcinio dažnio stabilizavimu. Tokie generatoriai naudojami kaip itin stabilus pagrindinis generatorius matavimo įrangoje, dažnio ir laiko etalonuose, kvarciniuose laikrodžiuose, taip pat įvairioje elektroninėje įrangoje.

Kvarcinių rezonatorių trūkumas yra tas, kad jie gali generuoti tik fiksuotus dažnius, kuriuos nustato kvarco rezonansinis dažnis, ir praktiškai neleidžia derinti dažnio.

Visos kvarcinių rezonatorių grandinės skirstomos į dvi dideles grupes priklausomai nuo to, koks jose naudojamas kvarcinis rezonansas (lygiagretusis ar nuoseklus). Labiausiai paplitusios yra kvarcinės rezonatoriaus grandinės, kuriose kvarcas veikia arti lygiagretaus rezonanso dažnio.

Taigi, kvarcinis rezonatorius elektroninėje grandinėje yra neprilygstama alternatyva bet kuriai svyruojanti grandinėsusidedantis iš kondensatoriaus ir induktoriaus. Išėjimas yra didžiausias kvarcinių rezonatorių Q koeficientas. Nors geros LC grandinės Q koeficientas siekia 300, kvarcinio rezonatoriaus Q koeficientas gali siekti iki 10 000 000. Kaip matote, pranašumas yra dešimtis tūkstančių kartų. Taigi jokia virpesių grandinė negali būti lyginama su kvarciniu rezonatoriumi pagal Q koeficientą.

Nereikia nė sakyti apie temperatūros įtaką rezonanso dažniui. Tos pačios virpesių grandinės rezonansinis dažnis stipriai priklauso nuo į ją įeinančio kondensatoriaus TKE (temperatūrinio talpos koeficiento). Kita vertus, kvarcas pasižymi labai aukštu temperatūriniu stabilumu, todėl kvarciniai rezonatoriai tvirtai laikosi savo pozicijų, kaip įvairios paskirties laikrodžio dažnio generatorių virpesių šaltiniai.

Kaip veikia kvarcinis rezonatorius

Norint suprasti, kaip veikia ir veikia kvarcinis rezonatorius, pakanka prisiminti, kas tai yra pjezoelektrinis efektas... Įsivaizduokite žemos temperatūros kvarco (silicio dioksido) plokštę, tam tikru būdu išpjautą iš kristalo.Kampas, kuriuo iš kristalo išpjaunama plokštelė, lemia gaminamo rezonatoriaus elektromechanines savybes. Dabar ant šios plokštės iš abiejų pusių pritvirtinami elektrodai, nusodinant nikelio, platinos, aukso ar sidabro sluoksnius, o prie jų tvirtinami vientisi laidai. Visa konstrukcija dedama į mažą sandarų korpusą.

Taip buvo gauta elektromechaninė virpesių sistema, kuri (dėl žematemperatūrinio kvarco natūralių savybių) turi pjezoelektrinį efektą ir turi savo rezonansinį dažnį.

Jei dabar elektrodams bus taikoma kintamoji įtampa, kurios dažnis yra artimas susidariusios virpesių sistemos rezonansiniam dažniui, tada plokštė pradės mechaniškai trauktis ir plėstis maksimalia amplitude, o dėl pjezoelektrinio efekto, tuo arčiau. tiekiamos įtampos dažnis yra iki rezonanso, tuo mažesnė bus rezonatoriaus varža. Tai yra kvarcinio rezonatoriaus analogija su aukšto dažnio generatoriaus grandine. Rezultatas iš esmės yra analogiškas serijinei LC grandinei.

Kvarcinio rezonatoriaus charakteristikos

Kvarcinis rezonatorius gali būti pavaizduotas lygiavertės grandinės forma, kurioje C0 yra montavimo elektrinė talpa, kurią sudaro metaliniai kabelių laikikliai ir elektrodai. C1, L ir R yra plokštės talpa, induktyvumas ir aktyvioji varža tiesiogiai su elektrodais, kaip tikrosios virpesių grandinės analogas, gaunamas dėl plokštelės elektromechaninių savybių.

Jei iš grandinės neįtrauksime montavimo talpos C0, tada aiškiai gausime nuoseklią virpesių grandinę.Kalbant apie rezonatoriaus žymėjimą diagramoje, jis atrodo kaip kondensatorius su stačiakampiu, simbolizuojančiu kvarco kristalą tarp plokščių.

Montuojant ir išmontuojant kvarcinius rezonatorius ant plokščių litavimo būdu, reikia atsiminti, kad kvarco perkaitimas virš 573 ° C praranda pjezoelektrines kristalo savybes.