Kvarcinis rezonatorius - tai elektroninis prietaisas, pagrįstas pjezoefektu ir mechaniniu rezonansu. Jis naudojamas radijo stotyse, kur nustato nešlio dažnį, laikrodžiuose ir laikmačiuose, įrašant 1 sekundės intervalą.
Turinys
Kas tai yra ir kodėl jums to reikia
Įrenginys yra didelio tikslumo harmoninių virpesių šaltinis. Palyginti su konkurentais, jis pasižymi dideliu efektyvumu, stabiliais parametrais.
Pirmieji šiuolaikinių prietaisų pavyzdžiai pasirodė radijo stotyse XX a. trečiajame ir ketvirtajame dešimtmetyje kaip stabilaus veikimo elementai, galintys nustatyti nešlio dažnį. Jie:
- Pakeitė 1917 m. Aleksandro M. Nicholsono išrastus kristalinius rezonatorius, kurių pagrindą sudarė segneto druska ir kurie pasižymėjo nestabilumu;
- pakeisti ankstesnę ritės-kondensatoriaus grandinę, kuri buvo nelabai gera, kai jos veikimas siekė iki 300, ir kuriai įtakos turėjo temperatūros pokyčiai.
Kiek vėliau kvarciniai rezonatoriai tapo neatsiejama laikmačių, laikrodžių ir laikrodžių dalimi. Elektroniniai komponentai, kurių vidinis rezonanso dažnis yra 32768 Hz, todėl dvejetainiame 15 skaitmenų skaitiklyje nustatomas 1 sekundės laiko intervalas.
Šiandien šie prietaisai naudojami:
- kvarciniai laikrodžiai, užtikrinantys tikslumą nepriklausomai nuo aplinkos temperatūros;
- Matavimo prietaisai, užtikrinantys didelį tikslumą;
- jūriniai echolotai, naudojami tyrimams ir jūros dugnui kartografuoti, rifams, seklumoms fiksuoti ir objektams vandenyje nustatyti.
- grandinės, atitinkančios dažnio sintezės etaloninius osciliatorius
- grandinės, naudojamos SSB arba telegrafo signalams rodyti bangomis;
- radijo imtuvai su DSB signalu tarpiniu dažniu.
- juostiniai filtrai Superheterodino tipo imtuvaiŠie filtrai yra stabilesni ir patikimesni nei LC filtrai.
Prietaisai gali būti įvairių korpusų. Skirstomi į pralaidžius, naudojamus montuojant tūriniu būdu, ir SMD, naudojamus montuojant paviršiniu būdu.
Jų veikimas priklauso nuo perjungimo grandinės patikimumo, kuris turi įtakos:
- dažnio nuokrypis nuo reikiamos vertės, parametro stabilumas
- prietaiso senėjimo greitis;
- apkrovos talpa.
Kvarcinio rezonatoriaus savybės
Jis pranoksta ankstesnius analogus, todėl prietaisas yra nepakeičiamas daugelyje elektroninių grandinių ir paaiškina prietaiso taikymo sritį. Tai įrodo faktas, kad per pirmąjį dešimtmetį nuo išradimo JAV buvo pagaminta daugiau kaip 100 000 vienetų (neskaitant kitų šalių).
Tarp teigiamų kvarco rezonatorių savybių, kuriomis paaiškinamas prietaisų populiarumas, yra ir jų paklausa:
- geras kokybės koeficientas, kurio vertės - 104-106 - viršija anksčiau naudotų analogų parametrus (kokybės koeficientas 300);
- maži matmenys, kuriuos galima išmatuoti milimetro dalimis;
- atsparus temperatūros svyravimams;
- ilgas tarnavimo laikas;
- paprastas gaminimas;
- galimybė kurti aukštos kokybės kaskadinius filtrus be rankinio derinimo.
Kvarciniai rezonatoriai taip pat turi trūkumų:
- išoriniai elementai leidžia reguliuoti dažnį siaurame diapazone;
- yra trapios konstrukcijos;
- nepakenčia per didelio karščio.
Kvarcinio rezonatoriaus veikimo principas
Prietaisas veikia pagal pjezoefektą, kuris atsiranda ant kvarco plokštelės, ir žemą temperatūrą. Elementas išpjaunamas iš vieno kvarco kristalo gabalo, laikantis iš anksto nustatyto kampo. Pastarasis lemia elektrocheminius rezonatoriaus parametrus.
Plokštelės iš abiejų pusių padengiamos sidabro (tinka platina, nikelis, auksas) sluoksniu. Tada jie tvirtai pritvirtinami prie korpuso, kuris užplombuojamas. Prietaisas yra svyruojanti sistema, turinti savo rezonansinį dažnį.
Kai elektrodus veikia kintamoji įtampa, pjezoelektrinių savybių turinti kvarco plokštelė sulinksta, susispaudžia, pasislenka (priklausomai nuo kristalų apdorojimo tipo). Tuo pat metu jame sukuriamas priešpriešinis elektromagnetinis laukas, kaip induktoriaus ritėje virpesių grandinėje.
Kai įtampa tiekiama tokiu dažniu, kuris sutampa su plokštelės savaisiais virpesiais, įrenginyje atsiranda rezonansas. Tuo pačiu metu:
- padidėja kvarcinio elemento svyravimų amplitudė;
- rezonatoriaus varža labai sumažėja.
Kai dažniai vienodi, energija, reikalinga virpesiams palaikyti, yra nedidelė.
Kvarcinio rezonatoriaus žymėjimas grandinės schemoje
Įrenginys žymimas taip pat kaip kondensatorius. Skirtumas: tarp vertikalių segmentų yra stačiakampis - plokštelės, pagamintos iš kvarco kristalo, simbolis. Stačiakampio šonus ir kondensatoriaus dangtelius skiria tarpas. Schemoje šalia jo gali būti simbolis QX.
Kaip išbandyti kvarcinį rezonatorių
Problemų su mažais prietaisais kyla, jei jie stipriai daužomi. Taip atsitinka, kai prietaisai, kuriuose yra rezonatorių, nukrenta. Pastarieji sugenda ir turi būti keičiami pagal tas pačias taisykles.
Norint patikrinti, ar rezonatorius veikia tinkamai, reikia testerio. Jis surinktas iš tranzistoriaus KT3102, 5 kondensatorių ir 2 rezistorių (prietaisas panašus į kvarcinį osciliatorių, surinktą iš tranzistoriaus).
Prietaisas turi būti prijungtas prie tranzistoriaus bazės ir neigiamo poliaus laidų jungtyse, apsaugant prietaisą apsauginiu kondensatoriumi. Komutacinės grandinės maitinimo šaltinis yra pastovus 9 V. Pliusinė pusė prijungta prie tranzistoriaus įėjimo, o prie jo išėjimo per kondensatorių - prie dažnio matuoklio, kuris fiksuoja rezonatoriaus dažnio parametrus.
Ši grandinė naudojama reguliuojant virpesių grandinę. Kai rezonatorius yra geros būklės, prijungtas jis skleidžia virpesius, dėl kurių tranzistoriaus emiteryje atsiranda kintamoji įtampa. Įtampos dažnis sutampa su rezonatoriaus dažniu.
Prietaisas yra sugedęs, jei dažnio matuoklis neregistruoja dažnio arba aptinka dažnį, bet jis labai skiriasi nuo nominaliojo, arba kai korpusas įkaitinamas lituokliu, jis labai pasikeičia.
Susiję straipsniai:
