Kvarca rezonators ir elektroniska ierīce, kas balstīta uz pjezoelektrisko efektu, kā arī mehānisko rezonansi. To izmanto radiostacijas, kur tas nosaka nesējfrekvenci stundās un taimeros, fiksējot tajos 1 sekundes intervālu.
Saturs
Kas tas ir un kāpēc tas ir vajadzīgs
Ierīce ir avots, kas nodrošina augstas precizitātes harmoniskās svārstības. Tam, salīdzinot ar analogiem, ir lielāka darba efektivitāte, stabili parametri.
Pirmie moderno ierīču paraugi radiostacijās parādījās 1920.-1930.gadā. kā elementi ar stabilu darbību, kas spēj iestatīt nesējfrekvenci. Viņi ir:
- tie aizstāja Rochelle sāls kristāla rezonatorus, kas parādījās 1917. gadā Aleksandra M. Nikolsona izgudrojuma rezultātā un kuriem bija raksturīga nestabilitāte;
- viņi nomainīja iepriekš izmantoto ķēdi ar spoli un kondensatoru, kas neatšķīrās pēc augstas kvalitātes koeficienta (līdz 300) un bija atkarīgi no temperatūras izmaiņām.
Nedaudz vēlāk kvarca rezonatori kļuva par neatņemamu taimeru un pulksteņu sastāvdaļu. Elektroniskie komponenti ar dabisko rezonanses frekvenci 32768 Hz, kas binārā 15 bitu skaitītājā nosaka laika intervālu 1 sekunde.
Ierīces mūsdienās tiek izmantotas:
- kvarca pulksteņi, nodrošinot tiem darba precizitāti neatkarīgi no apkārtējās vides temperatūras;
- mērinstrumenti, garantējot tiem augstu rādītāju precizitāti;
- jūras eholotes, kuras izmanto pētniecībā un grunts karšu veidošanā, rifu, seklumu fiksēšanā, objektu meklēšanā ūdenī;
- shēmas, kas atbilst atsauces oscilatoriem, kas sintezē frekvences;
- shēmas, ko izmanto SSB vai telegrāfa signāla viļņu indikācijai;
- radiostacijas ar DSB signālu ar starpfrekvenci;
- joslas caurlaides filtri superheterodīna tipa uztvērēji, kas ir stabilāki un kvalitatīvāki nekā LC filtri.
Ierīces tiek ražotas ar dažādiem korpusiem. Tie ir sadalīti izvadā, ko izmanto lielapjoma montāžai, un SMD, ko izmanto virsmas montāžā.
To darbība ir atkarīga no komutācijas ķēdes uzticamības, kas ietekmē:
- frekvences novirze no nepieciešamās vērtības, parametru stabilitāte;
- ierīces novecošanas ātrums;
- kravnesība.
Kvarca rezonatora īpašības
Pārspēj līdzšinējos analogus, kas padara ierīci par neaizstājamu daudzās elektroniskajās shēmās un izskaidro ierīces darbības jomu.To apliecina fakts, ka pirmajā desmitgadē kopš izgudrojuma ASV (neskaitot citas valstis) ir saražoti vairāk nekā 100 tūkstoši vienību.
Starp kvarca rezonatoru pozitīvajām īpašībām, kas izskaidro ierīču popularitāti un pieprasījumu:
- labas kvalitātes koeficients, kura vērtības - 104-106 - pārsniedz iepriekš izmantoto analogu parametrus (tiem kvalitātes koeficients ir 300);
- mazi izmēri, ko var izmērīt milimetra daļās;
- izturība pret temperatūru, tās svārstībām;
- ilgs kalpošanas laiks;
- ražošanas vienkāršība;
- iespēja izveidot augstas kvalitātes kaskādes filtrus, neizmantojot manuālos iestatījumus.
Kvarca rezonatoriem ir arī trūkumi:
- ārējie elementi ļauj regulēt frekvenci šaurā diapazonā;
- ir trausla struktūra;
- nepieļauj pārmērīgu karstumu.
Kvarca rezonatora darbības princips
Ierīce darbojas uz pjezoelektriskā efekta pamata, kas izpaužas uz kvarca plāksnes, un zemā temperatūrā. Elements tiek izgriezts no viena kvarca kristāla, ievērojot norādīto leņķi. Pēdējais nosaka rezonatora elektroķīmiskos parametrus.
Plāksnes no abām pusēm pārklātas ar sudraba slāni (piemērots platīns, niķelis, zelts). Pēc tam tie ir stingri nostiprināti korpusā, kas ir noslēgts. Ierīce ir svārstību sistēma, kurai ir sava rezonanses frekvence.
Kad elektrodi tiek pakļauti mainīgam spriegumam, kvarca plāksne, kurai ir pjezoelektriskā īpašība, izliecas, saraujas, nobīdās (atkarībā no kristāla apstrādes veida). Tajā pašā laikā tajā parādās pret-EMF, kā tas notiek induktorā, kas atrodas svārstību ķēdē.
Ja tiek pielikts spriegums ar frekvenci, kas sakrīt ar plāksnes dabiskajām vibrācijām, tad ierīcē tiek novērota rezonanse. Vienlaikus:
- kvarca elements palielina svārstību amplitūdu;
- rezonatora pretestība ir ievērojami samazināta.
Enerģija, kas nepieciešama, lai uzturētu svārstības, vienādu frekvenču gadījumā ir zema.
Kvarca rezonatora apzīmējums uz elektriskās ķēdes
Ierīce ir apzīmēta līdzīgi kā kondensators. Atšķirība: starp vertikālajiem segmentiem ir novietots taisnstūris - no kvarca kristāla izgatavotas plāksnes simbols. Taisnstūra malas un kondensatora plāksni atdala ar spraugu. Blakus diagrammā var būt ierīces burtu apzīmējums - QX.
Kā pārbaudīt kvarca rezonatoru
Problēmas ar mazajām ierīcēm rodas, ja tās saņem spēcīgu triecienu. Tas notiek, kad nokrīt ierīces, kuru dizainā ir rezonatori. Pēdējie neizdodas un ir jānomaina saskaņā ar tiem pašiem parametriem.
Lai pārbaudītu rezonatora veiktspēju, ir nepieciešams testeris. Tas ir samontēts saskaņā ar shēmu, kuras pamatā ir KT3102 tranzistors, 5 kondensatori un 2 rezistori (ierīce ir līdzīga kvarca oscilatoram, kas samontēts uz tranzistora).
Ierīcei jābūt savienotai ar tranzistora pamatni un negatīvo polu pievienotajos savienojumos, savienojumos, aizsargājot, uzstādot aizsargkondensatoru. Komutācijas ķēdes barošana ir nemainīga - 9V. Turklāt tie savienojas ar tranzistora ieeju, ar tā izeju - caur kondensatoru - frekvences mērītāju, kas fiksē rezonatora frekvences parametrus.
Shēma tiek izmantota, uzstādot svārstību ķēdi.Kad rezonators ir labā stāvoklī, kad tas ir pievienots, tas rada svārstības, kas izraisa maiņstrāvas sprieguma parādīšanos tranzistora emitētājā. Turklāt sprieguma frekvence sakrīt ar līdzīgu rezonatora raksturlielumu.
Ierīce ir bojāta, ja frekvences mērītājs nekonstatē frekvences rašanos vai nosaka frekvences esamību, bet tas vai nu daudz atšķiras no nominālvērtības, vai arī tas ievērojami mainās, korpusu sildot ar lodāmuru.
Līdzīgi raksti:
