Kremenčev resonator je elektronska naprava, zgrajena na piezoelektričnem učinku, pa tudi na mehanski resonanci. Uporabljajo ga radijske postaje, kjer nastavi nosilno frekvenco v urah in časovnikih ter v njih določi interval 1 sekunde.
Vsebina
Kaj je to in zakaj je potrebno
Naprava je vir, ki zagotavlja visoko natančna harmonična nihanja. V primerjavi z analogi ima večjo delovno učinkovitost, stabilne parametre.
Prvi vzorci sodobnih naprav so se pojavili na radijskih postajah v letih 1920-1930. kot elementi s stabilnim delovanjem, ki lahko nastavljajo nosilno frekvenco. so:
- zamenjali so kristalne resonatorje soli Rochelle, ki so se pojavili leta 1917 kot posledica izuma Alexandera M. Nicholsona in zanje je bila značilna nestabilnost;
- zamenjali so prej uporabljeno vezje s tuljavo in kondenzatorjem, ki se nista razlikovala po visokem faktorju kakovosti (do 300) in bila odvisna od temperaturnih sprememb.
Malo kasneje so kvarčni resonatorji postali sestavni del časovnikov in ur. Elektronske komponente z naravno resonančno frekvenco 32768 Hz, ki v binarnem 15-bitnem števcu nastavi časovni interval 1 sekunde.
Naprave se danes uporabljajo v:
- kvarčne ure, ki jim zagotavljajo natančnost dela, ne glede na temperaturo okolice;
- merilni instrumenti, ki jim zagotavljajo visoko natančnost kazalnikov;
- morski odmevniki, ki se uporabljajo pri raziskovanju in izdelavi kart dna, fiksiranju grebenov, plitvine, iskanju predmetov v vodi;
- vezja, ki ustrezajo referenčnim oscilatorjem, ki sintetizirajo frekvence;
- sheme za valovno indikacijo SSB ali telegrafskega signala;
- radijske postaje z DSB-signalom z vmesno frekvenco;
- pasovni filtri sprejemniki superheterodinskega tipa, ki so bolj stabilni in kakovostni od LC filtrov.
Naprave so izdelane z različnimi ohišji. Razdeljeni so na izhodne, ki se uporabljajo pri montaži v razsutem stanju, in SMD, ki se uporabljajo pri površinski montaži.
Njihovo delovanje je odvisno od zanesljivosti preklopnega vezja, kar vpliva na:
- odstopanje frekvence od zahtevane vrednosti, stabilnost parametra;
- stopnja staranja naprave;
- nosilnost.
Lastnosti kvarčnega resonatorja
Prekaša predhodno obstoječe analoge, zaradi česar je naprava nepogrešljiva v številnih elektronskih vezjih in pojasnjuje obseg naprave.To potrjuje dejstvo, da je bilo v prvem desetletju od izuma v ZDA (brez drugih držav) izdelanih več kot 100 tisoč kosov naprav.
Med pozitivnimi lastnostmi kvarčnih resonatorjev, ki pojasnjujejo priljubljenost in povpraševanje po napravah:
- dober faktor kakovosti, katerega vrednosti - 104-106 - presegajo parametre predhodno uporabljenih analogov (imajo faktor kakovosti 300);
- majhne dimenzije, ki jih je mogoče izmeriti v delcih milimetra;
- odpornost na temperaturo, njena nihanja;
- dolga življenjska doba;
- enostavnost izdelave;
- možnost izdelave visokokakovostnih kaskadnih filtrov brez uporabe ročnih nastavitev.
Kvarčni resonatorji imajo tudi slabosti:
- zunanji elementi vam omogočajo prilagajanje frekvence v ozkem območju;
- imajo krhko strukturo;
- ne prenašajo prekomerne vročine.
Načelo delovanja kvarčnega resonatorja
Naprava deluje na osnovi piezoelektričnega učinka, ki se kaže na kvarčni plošči, in pri nizki temperaturi. Element je izrezan iz enega samega kremenčevega kristala ob upoštevanju določenega kota. Slednji določa elektrokemijske parametre resonatorja.
Plošče so na obeh straneh premazane s plastjo srebra (primerne so platina, nikelj, zlato). Nato so trdno pritrjeni v ohišje, ki je zapečateno. Naprava je nihajni sistem, ki ima svojo resonančno frekvenco.
Ko so elektrode izpostavljene izmenični napetosti, se kremenova plošča, ki ima piezoelektrično lastnost, upogne, skrči, premakne (odvisno od vrste obdelave kristala). Hkrati se v njem pojavi proti-EMF, kot se zgodi v induktorju, ki se nahaja v nihajnem krogu.
Ko se uporabi napetost s frekvenco, ki sovpada z naravnimi vibracijami plošče, se v napravi opazi resonanca. Hkrati:
- element kremena poveča amplitudo nihanj;
- upor resonatorja se močno zmanjša.
Energija, ki je potrebna za vzdrževanje nihanj, je v primeru enakih frekvenc nizka.
Oznaka kvarčnega resonatorja na električnem tokokrogu
Naprava je označena podobno kot kondenzator. Razlika: med navpičnimi segmenti je postavljen pravokotnik - simbol plošče iz kremenčevega kristala. Strani pravokotnika in kondenzatorske plošče sta ločeni z režo. V bližini na diagramu je lahko črkovna oznaka naprave - QX.
Kako preizkusiti kvarčni resonator
Težave z majhnimi aparati nastanejo, če prejmejo močan udarec. To se zgodi, ko naprave, ki vsebujejo resonatorje v zasnovi, padejo. Slednji ne uspejo in zahtevajo zamenjavo po enakih parametrih.
Za preverjanje delovanja resonatorja je potreben tester. Sestavljen je po vezju, ki temelji na tranzistorju KT3102, 5 kondenzatorjih in 2 uporih (naprava je podobna kvarčnemu oscilatorju, sestavljenemu na tranzistorju).
Napravo je treba priključiti na osnovo tranzistorja in negativni pol v priključenih povezavah, povezavah, zaščititi z namestitvijo zaščitnega kondenzatorja. Napajanje stikalnega vezja je konstantno - 9V. Poleg tega se priključijo na vhod tranzistorja, na njegov izhod - skozi kondenzator - frekvenčni merilnik, ki določa frekvenčne parametre resonatorja.
Shema se uporablja pri nastavitvi nihajnega kroga.Ko je resonator v dobrem stanju, ko je priključen, proizvaja nihanja, ki vodijo do pojava izmenične napetosti na emiterju tranzistorja. Poleg tega napetostna frekvenca sovpada s podobno lastnostjo resonatorja.
Naprava je v okvari, če frekvenčni merilnik ne zazna pojava frekvence ali določi prisotnost frekvence, vendar se ta ali močno razlikuje od nazivne vrednosti, ali pa se močno spremeni, ko se ohišje segreje s spajkalnikom.
Podobni članki:
