Kuvars rezonatörler: amaç, uygulama, etki ilkesi, kullanım özellikleri

Kuvars rezonatörleri ne işe yarar?

Mikro işlemciler ve mikro denetleyicilerle tamamlanan modern dijital elektronikler, saat salınımları olmadan düşünülemez. Ve saatin salınımlarının elde edildiği yerde jeneratörün çalışması ve salınım sistemi vardır ve salınım sisteminin olduğu yerde hem rezonans olayı hem de kalite faktörü gibi önemli bir parametre mutlaka ortaya çıkacaktır. Burada kuvars rezonatörleri (osilatörler) ile tanışıyoruz.

Kuvars rezonatörü (kuvars), kuvars levhanın piezoelektrik ve mekanik özelliklerini kullanan, yüksek derecede frekans sabitliğine sahip bir elektromanyetik salınım üretecidir.

Çalışma prensibine göre, bir kuvars rezonatör, kuvars frekans stabilizasyonuna sahip bir osilatördür. Bu tür jeneratörler, ölçüm ekipmanı, frekans ve zaman standartları, kuvars saatler ve ayrıca çeşitli elektronik ekipmanlarda oldukça kararlı bir ana jeneratör olarak kullanılır.

Kuvars rezonatörlerin dezavantajı, yalnızca kuvarsın rezonans frekansı tarafından belirlenen sabit frekanslarda üretebilmesi ve pratik olarak frekans ayarına izin vermemesidir.

Tüm kuvars rezonatör devreleri, içlerinde hangi kuvars rezonansının (paralel veya seri) kullanıldığına bağlı olarak iki büyük gruba ayrılır. En yaygın olanı, kuvarsın paralel rezonans frekansına yakın çalıştığı kuvars rezonatör devreleridir.

Bu nedenle, bir elektronik devredeki kuvars rezonatör, herhangi bir rezonatöre rakipsiz bir alternatiftir. salınan devrebir kondansatör ve bir indüktörden oluşur. Çıkış, kuvars rezonatörlerin en yüksek Q faktörüdür. İyi bir LC devresi Q faktörü 300'e ulaşırken, bir kuvars rezonatörün Q faktörü 10.000.000'e kadar çıkabilir.Gördüğünüz gibi on binlerce kat üstünlük vardır. Bu nedenle, hiçbir salınım devresi, Q faktörü açısından bir kuvars rezonatörle karşılaştırılamaz.

Sıcaklığın rezonans frekansı üzerindeki etkisi hakkında söylemeye gerek yok. Aynı salınım devresinin rezonans frekansı, büyük ölçüde ona giren kapasitörün TKE'sine (kapasitans sıcaklık katsayısı) bağlıdır. Kuvars ise çok yüksek bir sıcaklık stabilitesine sahiptir, bu nedenle kuvars rezonatörleri, çeşitli amaçlar için saat frekansı üreteçleri için salınım kaynağı olarak konumlarını sıkı bir şekilde tutarlar.

Kuvars rezonatörü nasıl çalışır?

Bir kuvars rezonatörün nasıl çalıştığını ve çalıştığını anlamak için ne olduğunu hatırlamak yeterlidir. piezoelektrik etki… Bir kristalden belirli bir şekilde kesilmiş düşük sıcaklıktaki kuvars (silikon dioksit) levhasını hayal edin.Bir levhanın kristalden kesildiği açı, üretilen rezonatörün elektromekanik özelliklerini belirler. Elektrotlar artık bu plakaya her iki taraftan nikel, platin, altın veya gümüş katmanları yerleştirilerek tutturulmuştur ve bunlara katı teller bağlanmıştır. Tüm yapı, küçük, sızdırmaz bir mahfazaya yerleştirilmiştir.

Böylece, (düşük sıcaklıktaki kuvarsın doğal özelliklerinden dolayı) bir piezoelektrik etkiye ve kendi rezonans frekansına sahip olan elektromekanik bir salınım sistemi elde edildi.

Şimdi elektrotlara, frekansı ortaya çıkan salınım sisteminin rezonans frekansına yakın olan alternatif bir voltaj uygulanırsa, plaka mekanik olarak büzülmeye ve maksimum genlikle genişlemeye başlayacak ve piezoelektrik etki nedeniyle, daha yakın Uygulanan voltajın frekansı rezonansa göre, rezonatörün direnci o kadar düşük olacaktır. Bu, yüksek frekanslı bir osilatör devresine sahip bir kuvars rezonatörün analojisidir. Sonuç, esas olarak bir seri LC devresine benzer.

Kuvars rezonatörün özellikleri

Bir kuvars rezonatör, eşdeğer bir devre şeklinde temsil edilebilir, burada C0, metal kablo tutucular ve elektrotlar tarafından oluşturulan montaj elektrik kapasitansıdır. C1, L ve R, plakanın elektromekanik özelliklerinden dolayı elde edilen gerçek bir salınım devresinin bir analogu olarak doğrudan elektrotlarla plakanın kapasitansı, endüktansı ve aktif direncidir.

Montaj kapasitansı C0'ı devreden çıkarırsak, o zaman açıkça bir seri salınımlı devre elde ederiz.Rezonatörün şemadaki tanımına gelince, plakalar arasında bir kuvars kristalini simgeleyen dikdörtgenli bir kapasitör gibi görünüyor.

Kuvars rezonatörlerin levhalara lehimlenerek monte edilmesi ve sökülmesi sürecinde, kuvarsın 573 ° C'nin üzerinde aşırı ısınmasının kristalin piezoelektrik özelliklerinin kaybıyla dolu olduğu unutulmamalıdır.