Kvarcni rezonator je elektronički uređaj izgrađen na piezoelektričnom efektu, kao i na mehaničkoj rezonanciji. Koriste ga radio stanice, gdje postavlja frekvenciju nosioca, u satima i tajmerima, fiksirajući u njima interval od 1 sekunde.
Sadržaj
Što je to i zašto je potrebno
Uređaj je izvor koji osigurava harmonijske oscilacije visoke preciznosti. Ima, u usporedbi s analozima, veću radnu učinkovitost, stabilne parametre.
Prvi uzorci modernih uređaja pojavili su se na radijskim postajama 1920-1930. kao elementi sa stabilnim radom, sposobni za postavljanje noseće frekvencije. Oni su:
- zamijenili su kristalne rezonatore soli Rochelle, koji su se pojavili 1917. kao rezultat izuma Alexandera M. Nicholsona i bili su obilježeni nestabilnošću;
- zamijenili su prethodno korišteni krug sa zavojnicom i kondenzatorom, koji se nije razlikovao po visokom faktoru kvalitete (do 300) i ovisio o promjenama temperature.
Malo kasnije, kvarcni rezonatori postali su sastavni dio mjerača vremena i satova. Elektroničke komponente s prirodnom rezonantnom frekvencijom od 32768 Hz, koja u binarnom 15-bitnom brojaču postavlja vremenski interval od 1 sekunde.
Uređaji se danas koriste u:
- kvarcni satovi, pružajući im točnost rada, bez obzira na temperaturu okoline;
- mjerni instrumenti, jamčeći im visoku točnost pokazatelja;
- morski ehosonderi, koji se koriste u istraživanju i izradi karata dna, fiksiranju grebena, plićaka, traženju objekata u vodi;
- sklopovi koji odgovaraju referentnim oscilatorima koji sintetiziraju frekvencije;
- sheme koje se koriste za indikaciju valova SSB ili telegrafskog signala;
- radijske postaje s DSB-signalom sa međufrekvencijom;
- pojasni filteri prijemnici superheterodinskog tipa, koji su stabilniji i kvalitetniji od LC filtera.
Uređaji se proizvode s različitim kućištima. Dijele se na izlazne, koje se koriste u masovnoj montaži, i SMD, koje se koriste u površinskoj montaži.
Njihov rad ovisi o pouzdanosti sklopnog kruga, što utječe na:
- odstupanje frekvencije od tražene vrijednosti, stabilnost parametra;
- brzina starenja uređaja;
- pun kapacitet.
Svojstva kvarcnog rezonatora
Nadmašuje prethodno postojeće analoge, što uređaj čini nezamjenjivim u mnogim elektroničkim sklopovima i objašnjava opseg uređaja.To potvrđuje i činjenica da je u prvom desetljeću od izuma u Sjedinjenim Državama (ne računajući druge zemlje) proizvedeno više od 100 tisuća komada uređaja.
Među pozitivnim svojstvima kvarcnih rezonatora, koji objašnjavaju popularnost i potražnju za uređajima:
- dobar faktor kvalitete, čije vrijednosti - 104-106 - premašuju parametre prethodno korištenih analoga (imaju faktor kvalitete 300);
- male dimenzije, koje se mogu mjeriti u dijelovima milimetra;
- otpornost na temperaturu, njezine fluktuacije;
- dug radni vijek;
- jednostavnost proizvodnje;
- mogućnost izrade visokokvalitetnih kaskadnih filtara bez korištenja ručnih postavki.
Kvarcni rezonatori također imaju nedostatke:
- vanjski elementi omogućuju podešavanje frekvencije u uskom rasponu;
- imaju krhku strukturu;
- ne podnose pretjeranu toplinu.
Princip rada kvarcnog rezonatora
Uređaj radi na bazi piezoelektričnog efekta, koji se očituje na kvarcnoj ploči, i to na niskoj temperaturi. Element je izrezan iz jednog kristala kvarca, promatrajući navedeni kut. Potonji određuje elektrokemijske parametre rezonatora.
Ploče su s obje strane premazane slojem srebra (prikladne su platina, nikal, zlato). Zatim su čvrsto pričvršćeni u kućište, koje je zapečaćeno. Uređaj je oscilatorni sustav koji ima vlastitu rezonantnu frekvenciju.
Kada su elektrode podvrgnute izmjeničnom naponu, kvarcna ploča, koja ima piezoelektrično svojstvo, savija se, skuplja, pomiče (ovisno o vrsti obrade kristala). Istodobno, u njemu se pojavljuje protu-EMF, kao što se događa u induktoru koji se nalazi u oscilatornom krugu.
Kada se primijeni napon s frekvencijom koja se podudara s prirodnim vibracijama ploče, tada se u uređaju opaža rezonancija. Istovremeno:
- element kvarca povećava amplitudu oscilacija;
- otpor rezonatora je jako smanjen.
Energija koja je potrebna za održavanje oscilacija je niska u slučaju jednakih frekvencija.
Oznaka kvarcnog rezonatora u električnom krugu
Uređaj je određen slično kao i kondenzator. Razlika: između okomitih segmenata postavljen je pravokutnik - simbol ploče od kvarcnog kristala. Stranice pravokutnika i ploča kondenzatora razdvojene su razmakom. U blizini na dijagramu može se nalaziti slovna oznaka uređaja - QX.
Kako testirati kvarcni rezonator
Problemi s malim aparatima nastaju ako zadobiju jak udarac. To se događa kada uređaji koji sadrže rezonatore u dizajnu padnu. Potonji ne uspijevaju i zahtijevaju zamjenu prema istim parametrima.
Za provjeru performansi rezonatora potreban je tester. Sastavljen je prema krugu koji se temelji na tranzistoru KT3102, 5 kondenzatora i 2 otpornika (uređaj je sličan kvarcnom oscilatoru sastavljenom na tranzistoru).
Uređaj mora biti spojen na bazu tranzistora i negativni pol u spojenim priključcima, priključcima, štiteći ugradnjom zaštitnog kondenzatora. Napajanje sklopnog kruga je konstantno - 9V. Osim toga, spajaju se na ulaz tranzistora, na njegov izlaz - kroz kondenzator - mjerač frekvencije, koji fiksira frekvencijske parametre rezonatora.
Shema se koristi pri postavljanju titrajnog kruga.Kada je rezonator u dobrom stanju, kada je spojen, proizvodi oscilacije koje dovode do pojave izmjeničnog napona na emiteru tranzistora. Štoviše, frekvencija napona podudara se sa sličnom karakteristikom rezonatora.
Uređaj je neispravan ako mjerač frekvencije ne otkrije pojavu frekvencije ili utvrdi prisutnost frekvencije, ali se ona ili znatno razlikuje od nominalne vrijednosti, ili se jako mijenja kada se kućište zagrije lemilom.
Slični članci:
