Un rezonator cu cuarț este un dispozitiv electronic construit pe efectul piezoelectric, precum și pe rezonanța mecanică. Este folosit de posturile de radio, unde setează frecvența purtătoare, în ore și cronometre, fixând un interval de 1 secundă în acestea.
Conţinut
Ce este și de ce este nevoie
Dispozitivul este o sursă care oferă oscilații armonice de înaltă precizie. Are, în comparație cu analogii, o eficiență de lucru mai mare, parametri stabili.
Primele mostre de dispozitive moderne au apărut pe posturile de radio în anii 1920-1930. ca elemente cu funcționare stabilă, capabile să stabilească frecvența purtătoare. Sunt:
- au înlocuit rezonatoarele cu cristale de sare Rochelle, care au apărut în 1917 ca urmare a invenției lui Alexander M. Nicholson și s-au caracterizat prin instabilitate;
- au înlocuit circuitul folosit anterior cu o bobină și un condensator, care nu diferă în factorul de înaltă calitate (până la 300) și depindea de schimbările de temperatură.
Puțin mai târziu, rezonatoarele de cuarț au devenit o parte integrantă a cronometrelor și ceasurilor. Componente electronice cu o frecvență de rezonanță naturală de 32768 Hz, care într-un contor binar de 15 biți setează un interval de timp de 1 secundă.
Dispozitivele sunt folosite astăzi în:
- ceasuri cu quartz, oferindu-le precizia de lucru, indiferent de temperatura ambianta;
- instrumente de măsurare, garantându-le o precizie ridicată a indicatorilor;
- sondele marine, care sunt utilizate în cercetarea și realizarea hărților de fund, fixarea recifelor, adâncimi, căutarea obiectelor în apă;
- circuite corespunzătoare oscilatoarelor de referință care sintetizează frecvențe;
- scheme utilizate pentru indicarea undelor a semnalului SSB sau telegrafic;
- stații radio cu semnal DSB cu o frecvență intermediară;
- filtre trece-bandă receptori de tip superheterodin, care sunt mai stabile și de bună calitate decât filtrele LC.
Dispozitivele sunt fabricate cu diferite carcase. Acestea sunt împărțite în ieșire, utilizate în montarea în vrac și SMD, utilizate în montarea la suprafață.
Funcționarea lor depinde de fiabilitatea circuitului de comutare, care afectează:
- abaterea de frecvență de la valoarea cerută, stabilitatea parametrului;
- rata de îmbătrânire a dispozitivului;
- capacitate de incarcare.
Proprietățile unui rezonator cu cuarț
Depășește analogii existente anterior, ceea ce face ca dispozitivul să fie indispensabil în multe circuite electronice și explică domeniul de aplicare al dispozitivului.Acest lucru este confirmat de faptul că în primul deceniu de la invenție în Statele Unite (fără a număra alte țări) au fost produse peste 100 de mii de dispozitive.
Printre proprietățile pozitive ale rezonatoarelor de cuarț, care explică popularitatea și cererea de dispozitive:
- factor de calitate bună, ale căror valori - 104-106 - depășesc parametrii analogilor utilizați anterior (au un factor de calitate de 300);
- dimensiuni mici, care pot fi măsurate în fracțiuni de milimetru;
- rezistența la temperatură, fluctuațiile acesteia;
- durată lungă de viață;
- ușurință de fabricație;
- capacitatea de a construi filtre în cascadă de înaltă calitate fără a utiliza setări manuale.
Rezonatoarele cu cuarț au și dezavantaje:
- elementele externe vă permit să reglați frecvența într-un interval restrâns;
- au o structură fragilă;
- nu tolera căldura excesivă.
Principiul de funcționare al unui rezonator cu cuarț
Aparatul funcționează pe baza efectului piezoelectric, care se manifestă pe o placă de cuarț, și la temperatură scăzută. Elementul este tăiat dintr-un singur cristal de cuarț, respectând unghiul specificat. Acesta din urmă determină parametrii electrochimici ai rezonatorului.
Plăcile sunt acoperite pe ambele părți cu un strat de argint (platină, nichel, aur sunt potrivite). Apoi sunt fixate ferm în carcasă, care este sigilată. Dispozitivul este un sistem oscilator care are propria frecvență de rezonanță.
Când electrozii sunt supuși unei tensiuni alternative, placa de cuarț, care are o proprietate piezoelectrică, se îndoaie, se contractă, se deplasează (în funcție de tipul de prelucrare a cristalului). În același timp, apare un contra-EMF, așa cum se întâmplă într-un inductor situat într-un circuit oscilator.
Când se aplică o tensiune cu o frecvență care coincide cu vibrațiile naturale ale plăcii, atunci se observă rezonanța în dispozitiv. Simultan:
- un element de cuarț mărește amplitudinea oscilațiilor;
- rezistența rezonatorului este mult redusă.
Energia necesară pentru menținerea oscilațiilor este scăzută în cazul frecvențelor egale.
Desemnarea unui rezonator cu cuarț pe circuitul electric
Dispozitivul este desemnat în mod similar unui condensator. Diferența: între segmentele verticale este plasat un dreptunghi - simbolul unei plăci din cristal de cuarț. Laturile dreptunghiului și ale plăcii condensatorului sunt separate printr-un spațiu. În apropiere, pe diagramă, poate exista o literă de denumire a dispozitivului - QX.
Cum se testează un rezonator cu cuarț
Problemele cu aparatele mici apar dacă primesc o lovitură puternică. Acest lucru se întâmplă atunci când dispozitivele care conțin rezonatoare în proiect cad. Acestea din urmă eșuează și necesită înlocuire conform acelorași parametri.
Verificarea performanței rezonatorului necesită un tester. Este asamblat conform unui circuit bazat pe un tranzistor KT3102, 5 condensatoare și 2 rezistențe (dispozitivul este similar cu un oscilator cu cuarț asamblat pe un tranzistor).
Dispozitivul trebuie conectat la baza tranzistorului și la polul negativ în conexiunile conectate, conexiunile, protejând prin instalarea unui condensator de protecție. Alimentarea circuitului de comutare este constantă - 9V. În plus, se conectează la intrarea tranzistorului, la ieșirea acestuia - prin condensator - un frecvențămetru, care fixează parametrii de frecvență ai rezonatorului.
Schema este utilizată la configurarea circuitului de oscilație.Când rezonatorul este în stare bună, la conectare, produce oscilații care duc la apariția unei tensiuni alternative la emițătorul tranzistorului. Mai mult, frecvența tensiunii coincide cu o caracteristică similară a rezonatorului.
Aparatul este defect dacă frecvențametrul nu detectează apariția unei frecvențe sau determină prezența unei frecvențe, dar fie este mult diferit de valoarea nominală, fie se modifică foarte mult când carcasa este încălzită cu un fier de lipit.
Articole similare:
