Kvartsresonator - struktur, driftsprinsipp, hvordan du sjekker

Moderne digital teknologi krever høy nøyaktighet, så det er ikke overraskende at nesten enhver digital enhet, som ikke ville fange lekmannens oppmerksomhet i dag, inneholder en kvartsresonator inne.

Kvartsresonatorer for forskjellige frekvenser er nødvendige som pålitelige og stabile kilder til harmoniske svingninger, slik at den digitale mikrokontrolleren kunne stole på referansefrekvensen og operere med den i fremtiden, under driften av den digitale enheten. Dermed er en kvartsresonator en pålitelig erstatning for en oscillerende LC-krets.

Hvis vi vurderer en enkel oscillerende krets, bestående av kondensatoren og spole, blir det raskt klart at kvalitetsfaktoren til en slik krets i kretsen ikke vil overstige 300, i tillegg vil kondensatoren flyte avhengig av omgivelsestemperaturen, det samme vil skje med induktansen.

Det er ikke for ingenting at kondensatorer og spoler har slike parametere som TKE - temperaturkapasitetskoeffisient og TKI - temperatur induksjonskoeffisient, som viser hvordan hovedparametrene til disse komponentene endres med temperaturen.

I motsetning til svingningskretser har kvartsbaserte resonatorer en kvalitetsfaktor som ikke kan oppnås for svingningskretser, som kan måles med verdier fra 10.000 til 10.000.000, og temperaturstabiliteten til kvartsresonatorer er uaktuelt, fordi frekvensen forblir konstant ved en hvilken som helst temperatur, vanligvis fra området fra - 40 ° C til + 70 ° C.

På grunn av den høye temperaturstabiliteten og kvalitetsfaktoren brukes så kvartsresonatorer overalt innen radioteknikk og digital elektronikk.

Til oppgave mikrokontroller eller prosessor klokkefrekvens, han trenger alltid en klokkegenerator, som han pålitelig kunne stole på, og denne generatoren trenger alltid en høyfrekvens og samtidig høy presisjon. Her kommer kvartsresonatoren til unnsetning. I noen bruksområder kan selvfølgelig dispensere piezoelektriske resonatorer med en kvalitetsfaktor på 1000, og slike resonatorer er tilstrekkelige for elektroniske leker og husholdningsradioer, men kvarts er nødvendig for mer nøyaktige enheter.

Grunnlaget for kvartsresonatoren er piezoelektrisk effektoppstår på en kvartsplate. Kvarts er en polymorf modifisering av silisiumdioksyd SiO2, og finnes i naturen i form av krystaller og småstein. Fri form i jordens kvartsskorpe er omtrent 12%, i tillegg er kvarts også inneholdt i blandinger av andre mineraler, og generelt mer enn 60% kvarts i jordskorpen (massefraksjon).

For å lage resonatorer er lavt temperatur kvarts med uttalte piezoelektriske egenskaper egnet. Kjemisk er kvarts veldig stabil, og det kan bare løses i hydrofluoridsyre. Kvarts er overlegen i forhold til opal, men når ikke diamant.

Ved fremstilling av en kvartsplate kuttes et stykke fra en kvartskrystall i en strengt spesifisert vinkel. Avhengig av skjærevinkelen vil den resulterende kvartsplaten variere i dens elektromekaniske egenskaper.

Mye avhenger av typen kutt: frekvens, temperaturstabilitet, resonansstabilitet, og fraværet eller tilstedeværelsen av falske resonansfrekvenser. Deretter påføres et lag metall på platen på begge sider, som kan være nikkel, platina, sølv eller gull, hvoretter platen festes med harde ledninger til basen av kvartsresonatorhuset. Det siste trinnet - saken er hermetisk satt sammen.

Således oppnås et oscillerende system med sin egen resonansfrekvens, og kvartsresonatoren oppnådd på denne måten har sin egen resonansfrekvens bestemt av elektromekaniske parametere.

Nå, hvis en vekslende spenning med en gitt resonansfrekvens blir påført metallelektrodene i plasten, vil et resonansfenomen vises, og amplituden av harmoniske svingninger på platen vil øke veldig betydelig. I dette tilfellet synker resonatormotstanden betydelig, det vil si at prosessen er lik den som skjer i en serie oscillerende krets. På grunn av den høye kvalitetsfaktoren til en slik "oscillerende krets", er energitapet under eksitering ved resonansfrekvensen ubetydelig.

På den ekvivalente kretsen: C2 er den statiske elektriske kapasiteten til platene med holdere, L er induktansen, C1 er kapasitansen, R er motstanden, og gjenspeiler de elektromekaniske egenskapene til den installerte kvartsplaten. Hvis du fjerner monteringselementene, forblir en jevn LC-krets.

Under installasjon på et trykt kretskort kan en kvartsresonator ikke overopphetes, fordi designen er ganske skjør, og overoppheting kan føre til deformasjon av elektrodene og holderen, noe som sikkert vil påvirke driften av resonatoren i den ferdige enheten. Hvis kvarts blir oppvarmet til 5730 ° C, vil den miste sine piezoelektriske egenskaper helt, men heldigvis er det umulig å varme opp et element med loddejern til en slik temperatur.

Betegnelsen på kvartsresonatoren i diagrammet er lik betegnelsen på en kondensator med et rektangel mellom platene (kvartsplate), og med påskriften "ZQ" eller "Z".

Ofte er årsaken til skade på kvartsresonatoren et fall eller en sterk påvirkning av enheten som den er installert i, og da er det nødvendig å erstatte resonatoren med en ny med samme resonansfrekvens. Slike skader er iboende i små enheter som er enkle å slippe. I følge statistikk er imidlertid slik skade på kvartsresonatorer ekstremt sjelden, og oftere er funksjonsfeil på enheten forårsaket av en annen grunn.

For å kontrollere kvartsresonatoren for brukbarhet, kan du sette sammen en liten sonde som ikke bare hjelper til med å verifisere resonatorens brukbarhet, men også se resonansfrekvensen. Sondekretsen er en typisk krystalloscillatorkrets som bruker en enkelt transistor.

Ved å slå på resonatoren mellom sokkelen og minus (det er mulig gjennom en beskyttende kondensator i tilfelle kortslutning i resonatoren), gjenstår det å måle resonansfrekvensen med en frekvensmåler. Denne kretsen er også egnet for forhåndsinnstilling av oscillerende kretsløp.

Når kretsen er slått på, vil en sunn resonator bidra til generering av svingninger, og en vekslende spenning kan observeres på transitterens emitter, hvis frekvens tilsvarer den grunnleggende resonansfrekvensen til den testede kvartsresonatoren.

Ved å koble en frekvensmåler til sondeutgangen, vil brukeren kunne observere denne resonansfrekvensen. Hvis frekvensen er stabil, hvis en liten oppvarming av resonatoren med et hevet loddejern ikke fører til en sterk drift av frekvensen, er resonatoren i god stand. Hvis det ikke er noen generasjon, eller frekvensen vil flyte, eller den viser seg å være helt annerledes enn den burde være for den testede komponenten, er resonatoren feil og bør byttes ut.

Denne sonden er også praktisk for å forhåndsinnstille oscillerende kretser, i dette tilfellet er kondensatoren Cl påkrevd, selv om den kan utelukkes fra kretsen når du kontrollerer resonatorene. Kretsen kobles ganske enkelt til i stedet for resonatoren, og kretsløpet begynner å generere svingninger på lignende måte.

Sampleren som er satt sammen i henhold til den gitte kretsen fungerer fantastisk ved frekvenser fra 15 til 20 MHz. For andre serier kan du alltid søke etter kretsløp på Internett, siden det er mange av dem, både på diskrete komponenter og på en mikrokrets.

Comments

[#1 Vadim]

For yngre førskolealder.