Kvarc rezonátorok: cél, alkalmazás, hatáselv, felhasználási jellemzők

Mire valók a kvarc rezonátorok?

A mikroprocesszorokkal és mikrokontrollerekkel kiegészített modern digitális elektronika egyszerűen elképzelhetetlen óra rezgések nélkül. Ahol pedig az óra rezgéseit kapjuk, ott a generátor és a rezgőrendszer működése, ahol pedig az oszcilláló rendszer, ott szükségszerűen megjelenik mind a rezonanciajelenség, mind egy olyan fontos paraméter, mint a minőségi tényező. Itt ismerkedünk meg a kvarc rezonátorokkal (oszcillátorokkal).

A kvarc rezonátor (quartz) egy nagy fokú frekvenciaállandóságú elektromágneses rezgések generátora, amely a kvarclemez piezoelektromos és mechanikai tulajdonságait használja fel.

A működési elv szerint a kvarc rezonátor egy kvarc frekvenciastabilizációval rendelkező oszcillátor. Az ilyen generátorokat rendkívül stabil főgenerátorként használják mérőberendezésekben, frekvencia- és időszabványokban, kvarcórákban, valamint különféle elektronikus berendezésekben.

A kvarc rezonátorok hátránya, hogy csak a kvarc rezonanciafrekvenciája által meghatározott fix frekvenciákon tud generálni, és gyakorlatilag nem teszi lehetővé a frekvencia hangolását.

Minden kvarc rezonátor áramkör két nagy csoportra van osztva attól függően, hogy milyen kvarc rezonanciát (párhuzamos vagy soros) alkalmaznak bennük. A legelterjedtebbek a kvarc rezonátor áramkörök, amelyekben a kvarc a párhuzamos rezonancia frekvenciájához közel működik.

Tehát az elektronikus áramkörben lévő kvarc rezonátor verhetetlen alternatíva bármelyikhez képest oszcilláló áramkörkondenzátorból és induktorból áll. A kimenet a kvarcrezonátorok legmagasabb Q-tényezője. Míg egy jó LC-áramkör eléri a 300-as Q-tényezőt, addig a kvarcrezonátor Q-tényezője elérheti a 10 000 000. Mint látható, a fölény több tízezerszeres. Így Q-tényező szempontjából egyetlen rezgőkör sem hasonlítható össze egy kvarcrezonátorral.

Mondanunk sem kell a hőmérséklet hatásáról a rezonancia frekvenciára. Ugyanannak a rezgőkörnek a rezonanciafrekvenciája erősen függ a belépő kondenzátor TKE-étől (hőmérséklet-kapacitási együttható). A kvarcnak viszont nagyon magas a hőmérsékleti stabilitása, ezért a kvarc rezonátorok szilárdan tartják pozíciójukat a különböző célokra szolgáló órajel-generátorok rezgésforrásaként.

Hogyan működik a kvarc rezonátor

A kvarc rezonátor működésének és működésének megértéséhez elegendő emlékezni arra, hogy mi az piezoelektromos hatás… Képzeljen el egy alacsony hőmérsékletű kvarc (szilícium-dioxid) lapot, amelyet bizonyos módon kivágnak egy kristályból.Az a szög, amelyben az ostyát kivágják a kristályból, meghatározza az előállított rezonátor elektromechanikai tulajdonságait. Ehhez a lemezhez most mindkét oldalon elektródákat rögzítenek nikkel-, platina-, arany- vagy ezüstrétegek lerakásával, és tömör huzalokat rögzítenek hozzájuk. Az egész szerkezet egy kis zárt házban van elhelyezve.

Így egy elektromechanikus oszcilláló rendszert kaptunk, amely (az alacsony hőmérsékletű kvarc természetes jellemzői miatt) piezoelektromos hatással rendelkezik, és saját rezonanciafrekvenciával rendelkezik.

Ha most váltakozó feszültséget kapcsolunk az elektródákra, amelynek frekvenciája közel van a létrejövő rezgőrendszer rezonanciafrekvenciájához, akkor a lemez mechanikusan összehúzódni és maximális amplitúdóval tágulni kezd, és a piezoelektromos hatás miatt annál közelebb kerül. az alkalmazott feszültség frekvenciája rezonancia, annál kisebb lesz a rezonátor ellenállása. Ez a kvarc rezonátor analógiája egy nagyfrekvenciás oszcillátor áramkörrel. Az eredmény lényegében analóg egy soros LC áramkörhöz.

A kvarc rezonátor jellemzői

A kvarc rezonátor egy ekvivalens áramkör formájában ábrázolható, amelyben C0 a fém kábeltartók és elektródák által alkotott szerelési elektromos kapacitás. A C1, L és R a lemez kapacitása, induktivitása és aktív ellenállása közvetlenül elektródákkal, a lemez elektromechanikai tulajdonságainak köszönhetően létrejött valódi oszcilláló áramkör analógjaként.

Ha kizárjuk az áramkörből a C0 szerelési kapacitást, akkor kifejezetten soros rezgőkört kapunk.Ami a rezonátor jelölését illeti az ábrán, úgy néz ki, mint egy kondenzátor, amelynek téglalapja egy kvarckristályt szimbolizál a lemezek között.

A kvarc rezonátorok forrasztással történő összeszerelése és szétszerelése során emlékezni kell arra, hogy a kvarc 573 ° C feletti túlmelegedése a kristály piezoelektromos tulajdonságainak elvesztésével jár.