Rezonatoare cu cuarț: scop, aplicare, principiu de acțiune, caracteristici de utilizare

Pentru ce sunt rezonatoarele de cuarț?

Electronica digitală modernă, completată cu microprocesoare și microcontrolere, este pur și simplu de neconceput fără oscilații ale ceasului. Iar acolo unde se obțin oscilațiile ceasului, există funcționarea generatorului și a sistemului oscilant, iar acolo unde este sistemul oscilant, vor apărea neapărat atât fenomenul de rezonanță, cât și un parametru atât de important precum factorul de calitate. Aici suntem introduși în rezonatoare cu cuarț (oscilatoare).

Rezonatorul de cuarț (cuart) este un generator de oscilații electromagnetice cu un grad ridicat de constanță a frecvenței, care utilizează proprietățile piezoelectrice și mecanice ale plăcii de cuarț.

Conform principiului de funcționare, un rezonator cu cuarț este un oscilator cu stabilizare a frecvenței cu cuarț. Astfel de generatoare sunt utilizate ca un generator principal extrem de stabil în echipamente de măsurare, standarde de frecvență și timp, ceasuri cu cuarț, precum și în diverse echipamente electronice.

Dezavantajul rezonatoarelor de cuarț este că poate genera doar la frecvențe fixe determinate de frecvența de rezonanță a cuarțului și practic nu permite reglarea frecvenței.

Toate circuitele rezonatoare cu cuarț sunt împărțite în două grupuri mari, în funcție de ce rezonanță de cuarț (paralelă sau serie) este utilizată în ele. Cele mai răspândite sunt circuitele rezonatoare cu cuarț, în care cuarțul funcționează aproape de frecvența sa de rezonanță paralelă.

Deci, un rezonator cu cuarț într-un circuit electronic este o alternativă imbatabilă la oricare circuit oscilantconstând dintr-un condensator și un inductor. Ieșirea este cel mai mare factor Q al rezonatoarelor cu cuarț. În timp ce un circuit LC bun atinge un factor Q de 300, factorul Q al unui rezonator cu cuarț poate ajunge până la 10.000.000. După cum puteți vedea, superioritatea este de zeci de mii de ori. Astfel, niciun circuit oscilant nu poate fi comparat cu un rezonator de cuarț în ceea ce privește factorul Q.

Inutil să spun despre efectul temperaturii asupra frecvenței de rezonanță. Frecvența de rezonanță a aceluiași circuit oscilant depinde puternic de TKE (coeficientul de temperatură al capacității) al condensatorului care intră în el. Cuarțul, pe de altă parte, are o stabilitate la temperatură foarte ridicată, din acest motiv rezonatoarele de cuarț își mențin ferm pozițiile ca surse de oscilație pentru generatoarele de frecvență de ceas în diverse scopuri.

Cum funcționează un rezonator cu cuarț

Pentru a înțelege cum funcționează și funcționează un rezonator cu cuarț, este suficient să vă amintiți ce este efect piezoelectric… Imaginează-ți o placă de cuarț la temperatură joasă (dioxid de siliciu) tăiată dintr-un cristal într-un anumit fel.Unghiul la care o placă este tăiată din cristal determină proprietățile electromecanice ale rezonatorului produs. Electrozii sunt acum atașați de această placă pe ambele părți prin depunerea de straturi de nichel, platină, aur sau argint, iar firele solide sunt atașate de ei. Întreaga structură este plasată într-o carcasă mică etanșată.

S-a obţinut astfel un sistem oscilant electromecanic care are (datorită caracteristicilor naturale ale cuarţului la temperatură joasă) efect piezoelectric şi are propria frecvenţă de rezonanţă.

Dacă acum se aplică electrozilor o tensiune alternativă, a cărei frecvență este apropiată de frecvența de rezonanță a sistemului oscilant rezultat, atunci placa va începe să se contracte mecanic și să se extindă cu amplitudine maximă și, datorită efectului piezoelectric, cu atât mai aproape. frecvența tensiunii aplicate este la rezonanță, cu atât rezistența rezonatorului va fi mai mică. Aceasta este analogia unui rezonator cu cuarț cu un circuit oscilator de înaltă frecvență. Rezultatul este în esență analog cu un circuit LC în serie.

Caracteristicile unui rezonator cu cuarț

Un rezonator cu cuarț poate fi reprezentat sub forma unui circuit echivalent, în care C0 este capacitatea electrică de montaj formată de suporturile metalice pentru cabluri și electrozi. C1, L și R sunt capacitatea, inductanța și rezistența activă a plăcii direct cu electrozi, ca analog al unui circuit oscilant real, obținut datorită proprietăților electromecanice ale plăcii.

Dacă excludem capacitatea de montare C0 din circuit, atunci vom obține în mod explicit un circuit oscilant în serie.În ceea ce privește denumirea rezonatorului din diagramă, acesta arată ca un condensator cu un dreptunghi care simbolizează un cristal de cuarț între plăci.

În procesul de asamblare și dezasamblare a rezonatoarelor de cuarț pe plăci prin lipire, trebuie amintit că supraîncălzirea cuarțului peste 573 ° C este plină de pierderea proprietăților piezoelectrice ale cristalului.