Kvartsiresonaattorit: tarkoitus, sovellus, toimintaperiaate, käyttöominaisuudet

Mihin kvartsiresonaattorit ovat?

Moderni digitaalinen elektroniikka, jossa on mikroprosessorit ja mikro-ohjaimet, on yksinkertaisesti mahdotonta kuvitella ilman kellon värähtelyjä. Ja missä kellon värähtelyt saadaan, on generaattorin ja värähtelyjärjestelmän toiminta, ja missä oskillointijärjestelmä on, niin resonanssiilmiö kuin sellainen tärkeä parametri kuin laatutekijä ilmenevät välttämättä. Täällä tutustutaan kvartsiresonaattoreihin (oskillaattorit).

Kvartsiresonaattori (kvartsi) on sähkömagneettisten värähtelyjen generaattori, jolla on korkea taajuuden vakioisuus ja joka käyttää kvartsilevyn pietsosähköisiä ja mekaanisia ominaisuuksia.

Toimintaperiaatteen mukaan kvartsiresonaattori on oskillaattori, jossa on kvartsitaajuuden stabilointi. Tällaisia ​​generaattoreita käytetään erittäin vakaana päägeneraattorina mittauslaitteissa, taajuus- ja aikastandardeissa, kvartsikelloissa sekä erilaisissa elektronisissa laitteissa.

Kvartsiresonaattoreiden haittana on, että se pystyy generoimaan vain kvartsin resonanssitaajuuden määräämillä kiinteillä taajuuksilla, eikä käytännössä salli taajuuden viritystä.

Kaikki kvartsiresonaattoripiirit on jaettu kahteen suureen ryhmään riippuen siitä, mitä kvartsiresonanssia (rinnakkais- tai sarja) niissä käytetään. Yleisimpiä ovat kvartsiresonaattoripiirit, joissa kvartsi toimii lähellä rinnakkaisresonanssitaajuuttaan.

Joten kvartsiresonaattori elektroniikkapiirissä on lyömätön vaihtoehto mille tahansa värähtelevä piirijoka koostuu kondensaattorista ja kelasta. Lähtö on kvartsiresonaattorien korkein Q-kerroin. Kun hyvä LC-piiri saavuttaa Q-kertoimen 300, kvartsiresonaattorin Q-kerroin voi olla jopa 10 000 000. Kuten näette, ylivoima on kymmeniätuhansia kertoja. Siten mitään värähtelypiiriä ei voida verrata kvartsiresonaattoriin Q-tekijän suhteen.

Lienee tarpeetonta sanoa lämpötilan vaikutuksesta resonanssitaajuuteen. Saman värähtelypiirin resonanssitaajuus riippuu voimakkaasti siihen tulevan kondensaattorin TKE:stä (lämpötilakerroin). Kvartsilla on toisaalta erittäin korkea lämpötilastabiilisuus, minkä vuoksi kvartsiresonaattorit pitävät tiukasti paikkansa kellotaajuusgeneraattoreiden värähtelylähteinä eri tarkoituksiin.

Kuinka kvartsiresonaattori toimii

Kvartsiresonaattorin toiminnan ja toiminnan ymmärtämiseksi riittää, että muistat, mikä se on pietsosähköinen vaikutus… Kuvittele matalalämpöistä kvartsia (piidioksidia), joka on leikattu kiteestä tietyllä tavalla.Kulma, jossa kiekko leikataan kiteestä, määrittää valmistettavan resonaattorin sähkömekaaniset ominaisuudet. Elektrodit on nyt kiinnitetty tähän levyyn molemmilta puolilta kerrostelemalla nikkeliä, platinaa, kultaa tai hopeaa, ja niihin on kiinnitetty kiinteät johdot. Koko rakenne on sijoitettu pieneen tiiviiseen koteloon.

Siten saatiin sähkömekaaninen värähtelevä järjestelmä, jolla on (matalien lämpötilojen kvartsin luonnollisista ominaisuuksista johtuen) pietsosähköinen vaikutus ja jolla on oma resonanssitaajuus.

Jos nyt elektrodeihin kohdistetaan vaihtojännite, jonka taajuus on lähellä syntyvän värähtelyjärjestelmän resonanssitaajuutta, niin levy alkaa mekaanisesti supistua ja laajentua suurimmalla amplitudilla, ja pietsosähköisestä vaikutuksesta johtuen sitä lähempänä. syötetyn jännitteen taajuus on resonanssi, sitä pienempi resonaattorin resistanssi on. Tämä on analogia kvartsiresonaattorista korkeataajuisen oskillaattoripiirin kanssa. Tulos on olennaisesti analoginen sarjan LC-piirin kanssa.

Kvartsiresonaattorin ominaisuudet

Kvartsiresonaattori voidaan esittää vastaavan piirin muodossa, jossa C0 on metallisten kaapelinpitimien ja elektrodien muodostama asennussähköinen kapasitanssi. C1, L ja R ovat levyn kapasitanssi, induktanssi ja aktiivinen resistanssi suoraan elektrodeilla, analogina todelliselle värähtelypiirille, joka saadaan levyn sähkömekaanisten ominaisuuksien ansiosta.

Jos jätämme asennuskapasitanssin C0 pois piiristä, niin saamme nimenomaisesti sarjavärähtelypiirin.Mitä tulee resonaattorin nimeämiseen kaaviossa, se näyttää kondensaattorilta, jossa on suorakulmio, joka symboloi kvartsikidettä levyjen välissä.

Kun kvartsiresonaattoreita kootaan ja puretaan levyille juottamalla, on muistettava, että kvartsin ylikuumeneminen yli 573 ° C: ssa on täynnä kiteen pietsosähköisten ominaisuuksien menetystä.