Kvartsresonatorer: formål, anvendelse, handlingsprinsipp, bruksegenskaper

Hva er kvartsresonatorer for?

Moderne digital elektronikk, komplett med mikroprosessorer og mikrokontrollere, er rett og slett utenkelig uten klokkesvingninger. Og hvor svingningene til klokken oppnås, er det driften av generatoren og det oscillerende systemet, og der det oscillerende systemet er, vil både resonansfenomenet og en så viktig parameter som kvalitetsfaktoren nødvendigvis vises. Her blir vi introdusert for kvartsresonatorer (oscillatorer).

Kvartsresonatoren (kvarts) er en generator av elektromagnetiske oscillasjoner med høy grad av frekvenskonstans, som bruker de piezoelektriske og mekaniske egenskapene til kvartsplaten.

I henhold til operasjonsprinsippet er en kvartsresonator en oscillator med kvartsfrekvensstabilisering. Slike generatorer brukes som en svært stabil mastergenerator i måleutstyr, frekvens- og tidsstandarder, kvartsklokker, samt i diverse elektronisk utstyr.

Ulempen med kvartsresonatorer er at den bare kan generere ved faste frekvenser bestemt av kvartsets resonansfrekvens, og praktisk talt ikke tillater frekvensinnstilling.

Alle kvartsresonatorkretser er delt inn i to store grupper avhengig av hvilken kvartsresonans (parallell eller serie) som brukes i dem. De mest utbredte er kvartsresonatorkretser, der kvartsen opererer nær sin parallelle resonansfrekvens.

Så en kvartsresonator i en elektronisk krets er et uslåelig alternativ til enhver oscillerende kretssom består av en kondensator og en induktor. Utgangen er den høyeste Q-faktoren for kvartsresonatorer. Mens en god LC-krets når en Q-faktor på 300, kan Q-faktoren til en kvartsresonator nå opp til 10 000 000. Som du kan se er overlegenheten titusenvis av ganger. Dermed kan ingen oscillerende krets sammenlignes med en kvartsresonator når det gjelder Q-faktor.

Unødvendig å si om effekten av temperatur på resonansfrekvensen. Resonansfrekvensen til den samme oscillerende kretsen avhenger sterkt av TKE (temperaturkoeffisient for kapasitans) til kondensatoren som kommer inn i den. Kvarts på den annen side har en meget høy temperaturstabilitet, av denne grunn holder kvartsresonatorer fast sine posisjoner som oscillasjonskilder for klokkefrekvensgeneratorer for ulike formål.

Hvordan en kvartsresonator fungerer

For å forstå hvordan en kvartsresonator fungerer og fungerer, er det nok å huske hva det er piezoelektrisk effekt… Tenk deg en skive av lavtemperatur kvarts (silisiumdioksid) skåret ut av en krystall på en bestemt måte.Vinkelen som en wafer kuttes fra krystallen bestemmer de elektromekaniske egenskapene til resonatoren som produseres. Elektroder er nå festet til denne platen på begge sider ved å avsette lag av nikkel, platina, gull eller sølv, og solide ledninger er festet til dem. Hele strukturen er plassert i et lite forseglet hus.

Dermed ble det oppnådd et elektromekanisk oscillerende system, som har (på grunn av de naturlige egenskapene til lavtemperaturkvarts) en piezoelektrisk effekt og har sin egen resonansfrekvens.

Hvis nå en vekselspenning påføres elektrodene, hvis frekvens er nær resonansfrekvensen til det resulterende oscillerende systemet, vil platen begynne å mekanisk trekke seg sammen og utvide seg med maksimal amplitude, og på grunn av den piezoelektriske effekten, jo nærmere frekvensen til den påførte spenningen er til resonans, jo lavere vil motstanden til resonatoren være. Dette er analogien til en kvartsresonator med en høyfrekvent oscillatorkrets. Resultatet er i hovedsak analogt med en serie LC-krets.

Egenskaper til en kvartsresonator

En kvartsresonator kan representeres i form av en ekvivalent krets, der C0 er den elektriske monteringskapasitansen dannet av metallkabelholderne og elektrodene. C1, L og R er kapasitansen, induktansen og den aktive motstanden til platen direkte med elektroder, som en analog av en ekte oscillerende krets oppnådd på grunn av platens elektromekaniske egenskaper.

Hvis vi ekskluderer monteringskapasitansen C0 fra kretsen, vil vi eksplisitt få en serie oscillerende krets.Når det gjelder betegnelsen på resonatoren i diagrammet, ser den ut som en kondensator med et rektangel som symboliserer en kvartskrystall mellom platene.

I prosessen med montering og demontering av kvartsresonatorer på brett ved lodding, bør det huskes at overoppheting av kvarts over 573 ° C er full av tap av de piezoelektriske egenskapene til krystallen.