Resonator kuarza: tujuan, aplikasi, prinsip tindakan, ciri penggunaan

Untuk apa resonator kuarza?

Elektronik digital moden, lengkap dengan mikropemproses dan mikropengawal, tidak dapat difikirkan tanpa ayunan jam. Dan di mana ayunan jam diperolehi, terdapat operasi penjana dan sistem berayun, dan di mana sistem berayun berada, kedua-dua fenomena resonans dan parameter penting seperti faktor kualiti semestinya akan muncul. Di sini kita diperkenalkan kepada resonator kuarza (pengayun).

Resonator kuarza (kuarza) ialah penjana ayunan elektromagnet dengan tahap ketekalan frekuensi yang tinggi, yang menggunakan sifat piezoelektrik dan mekanikal plat kuarza.

Menurut prinsip operasi, resonator kuarza adalah pengayun dengan penstabilan frekuensi kuarza. Penjana sedemikian digunakan sebagai penjana induk yang sangat stabil dalam mengukur peralatan, piawaian kekerapan dan masa, jam kuarza, serta dalam pelbagai peralatan elektronik.

Kelemahan resonator kuarza ialah ia hanya boleh menjana pada frekuensi tetap yang ditentukan oleh frekuensi resonans kuarza, dan secara praktikalnya tidak membenarkan penalaan frekuensi.

Semua litar resonator kuarza dibahagikan kepada dua kumpulan besar bergantung pada resonans kuarza (selari atau siri) yang digunakan di dalamnya. Yang paling meluas ialah litar resonator kuarza, di mana kuarza beroperasi hampir dengan frekuensi resonans selarinya.

Jadi, resonator kuarza dalam litar elektronik adalah alternatif yang tiada tandingannya litar berayunterdiri daripada kapasitor dan induktor. Keluaran adalah faktor Q tertinggi bagi resonator kuarza. Walaupun litar LC yang baik mencapai faktor Q sebanyak 300, faktor Q resonator kuarza boleh mencapai sehingga 10,000,000. Seperti yang anda lihat, keunggulannya adalah berpuluh-puluh ribu kali ganda. Oleh itu, tiada litar berayun boleh dibandingkan dengan resonator kuarza dari segi faktor Q.

Tidak perlu dikatakan tentang kesan suhu pada frekuensi resonans. Kekerapan resonans litar berayun yang sama sangat bergantung pada TKE (pekali suhu kemuatan) kapasitor yang memasukinya. Kuarza, sebaliknya, mempunyai kestabilan suhu yang sangat tinggi, oleh sebab itu resonator kuarza memegang kedudukannya dengan kukuh sebagai sumber ayunan untuk penjana frekuensi jam untuk pelbagai tujuan.

Bagaimana resonator kuarza berfungsi

Untuk memahami bagaimana resonator kuarza berfungsi dan berfungsi, cukup untuk mengingati apa itu kesan piezoelektrik… Bayangkan kepingan kuarza suhu rendah (silikon dioksida) dipotong daripada kristal dengan cara tertentu.Sudut di mana wafer dipotong daripada kristal menentukan sifat elektromekanikal resonator yang dihasilkan. Elektrod kini dilekatkan pada plat ini pada kedua-dua belah dengan meletakkan lapisan nikel, platinum, emas atau perak, dan wayar pepejal dilekatkan padanya. Keseluruhan struktur diletakkan di dalam perumahan tertutup kecil.

Oleh itu, sistem ayunan elektromekanikal telah diperolehi, yang mempunyai (disebabkan ciri semula jadi kuarza suhu rendah) kesan piezoelektrik dan mempunyai frekuensi resonansnya sendiri.

Jika kini voltan berselang-seli digunakan pada elektrod, frekuensi yang hampir dengan frekuensi resonans sistem ayunan yang terhasil, maka plat akan mula mengecut secara mekanikal dan mengembang dengan amplitud maksimum, dan disebabkan oleh kesan piezoelektrik, semakin dekat kekerapan voltan yang digunakan adalah kepada resonans, semakin rendah rintangan resonator. Ini adalah analogi resonator kuarza dengan litar pengayun frekuensi tinggi. Hasilnya pada dasarnya serupa dengan litar LC bersiri.

Ciri-ciri resonator kuarza

Resonator kuarza boleh diwakili dalam bentuk litar setara, di mana C0 ialah kapasitans elektrik pelekap yang dibentuk oleh pemegang kabel logam dan elektrod. C1, L dan R ialah kapasitansi, kearuhan dan rintangan aktif plat secara langsung dengan elektrod, sebagai analog litar berayun sebenar yang diperoleh kerana sifat elektromekanikal plat.

Jika kita mengecualikan kapasitans pelekap C0 daripada litar, maka kita akan mendapat litar berayun siri secara eksplisit.Bagi penetapan resonator dalam rajah, ia kelihatan seperti kapasitor dengan segi empat tepat melambangkan kristal kuarza di antara plat.

Dalam proses pemasangan dan pembongkaran resonator kuarza pada papan dengan pematerian, harus diingat bahawa terlalu panas kuarza di atas 573 ° C penuh dengan kehilangan sifat piezoelektrik kristal.