Кварцни резонатори: намена, примена, принцип деловања, карактеристике употребе

Чему служе кварцни резонатори?

Модерна дигитална електроника, заједно са микропроцесорима и микроконтролерима, једноставно је незамислива без осцилација такта. А тамо где се добијају осцилације сата, ту је рад генератора и осцилационог система, а тамо где је осцилујући систем, нужно ће се појавити и феномен резонанције и тако важан параметар као што је фактор квалитета. Овде се упознајемо са кварцним резонаторима (осцилаторима).

Кварцни резонатор (кварц) је генератор електромагнетних осцилација са високим степеном константности фреквенције, који користи пиезоелектричне и механичке особине кварцне плоче.

По принципу рада, кварцни резонатор је осцилатор са стабилизацијом кварцне фреквенције. Овакви генератори се користе као високо стабилни мастер генератори у мерној опреми, еталонима фреквенције и времена, кварцним сатовима, као и у различитој електронској опреми.

Недостатак кварцних резонатора је што може да генерише само на фиксним фреквенцијама које су одређене резонантном фреквенцијом кварца и практично не дозвољава подешавање фреквенције.

Сва кола кварцних резонатора су подељена у две велике групе у зависности од тога која кварцна резонанца (паралелна или серијска) се у њима користи. Најраспрострањенија су кола кварцних резонатора, у којима кварц ради близу своје паралелне резонантне фреквенције.

Дакле, кварцни резонатор у електронском колу је ненадмашна алтернатива било ком осцилаторно колокоји се састоји од кондензатора и индуктора. Излаз је највећи К-фактор кварцних резонатора. Док добро ЛЦ коло достиже К-фактор од 300, К-фактор кварцног резонатора може достићи и до 10 000 000. Као што видите, супериорност је десетине хиљада пута. Дакле, ниједан осцилујући круг се не може упоредити са кварцним резонатором у смислу К-фактора.

Непотребно је говорити о утицају температуре на резонантну фреквенцију. Резонантна фреквенција истог осцилационог кола јако зависи од ТКЕ (температурног коефицијента капацитивности) кондензатора који улази у њега. Кварц, с друге стране, има веома високу температурну стабилност, због чега кварцни резонатори чврсто држе своје позиције као извора осцилација за генераторе тактних фреквенција различите намене.

Како ради кварцни резонатор

Да бисте разумели како ради и ради кварцни резонатор, довољно је запамтити шта је то пиезоелектрични ефекат… Замислите плочу нискотемпературног кварца (силицијум диоксида) исечену из кристала на одређени начин.Угао под којим се плочица одсече од кристала одређује електромеханичка својства резонатора који се производи. Електроде су сада причвршћене на ову плочу са обе стране наношењем слојева никла, платине, злата или сребра, а на њих су причвршћене чврсте жице. Цела структура је смештена у мало запечаћено кућиште.

Тако је добијен електромеханички осцилујући систем који има (због природних карактеристика нискотемпературног кварца) пиезоелектрични ефекат и има своју резонантну фреквенцију.

Ако се сада на електроде примени наизменични напон чија је фреквенција блиска резонантној фреквенцији резултујућег осцилационог система, тада ће плоча почети механички да се скупља и шири максималном амплитудом, а због пиезоелектричног ефекта, што ближе фреквенција примењеног напона је до резонанције, то ће отпор резонатора бити мањи. Ово је аналогија кварцног резонатора са високофреквентним осцилаторним колом. Резултат је у суштини аналоган серијском ЛЦ колу.

Карактеристике кварцног резонатора

Кварцни резонатор се може представити у облику еквивалентног кола, у коме је Ц0 монтажни електрични капацитет формиран од металних држача каблова и електрода. Ц1, Л и Р су капацитивност, индуктивност и активни отпор плоче директно са електродама, као аналога реалног осцилационог кола добијеног због електромеханичких својстава плоче.

Ако изузмемо монтажну капацитивност Ц0 из кола, онда ћемо експлицитно добити серијски осцилујући круг.Што се тиче ознаке резонатора на дијаграму, он изгледа као кондензатор са правоугаоником који симболизује кварцни кристал између плоча.

У процесу монтаже и демонтаже кварцних резонатора на плочама лемљењем, треба имати на уму да је прегревање кварца изнад 573 ° Ц преплављено губитком пиезоелектричних својстава кристала.