Ce este un rezonator de cuarț și cum funcționează?

Rezonatorul de cuarț este un dispozitiv electronic bazat pe efectul piezo și pe rezonanța mecanică. Este utilizat de posturile de radio, unde stabilește frecvența purtătoare, în ceasuri și cronometre, înregistrând un interval de 1 secundă.

Ce este și de ce aveți nevoie de ea

Dispozitivul este o sursă de oscilații armonice de înaltă precizie. În comparație cu concurenții săi, are o eficiență ridicată, parametri stabili.

Primele exemple de dispozitive moderne au apărut la posturile de radio în anii 1920 și 1930 ca elemente de funcționare stabilă, capabile să stabilească o frecvență purtătoare. Ei:

• A înlocuit rezonatoarele de cristal pe bază de sare de segnaetium, inventate de Alexander M. Nicholson în 1917 și caracterizate de instabilitate;
• pentru a înlocui circuitul bobină-capacitor anterior, care nu era foarte bun până la 300 și era afectat de schimbările de temperatură.

Puțin mai târziu, rezonatoarele cu cuarț au devenit o parte integrantă a cronometrelor, ceasurilor și ceasurilor. Componente electronice cu o frecvență de rezonanță intrinsecă de 32768 Hz, care, într-un contor binar de 15 cifre, stabilește intervalul de timp la 1 secundă.

Dispozitivele sunt utilizate în prezent în:

• ceasuri cu cuarț, ceea ce le conferă precizie indiferent de temperatura mediului ambiant;
• Instrumente de măsurare care le garantează o precizie ridicată;
• ecosondere marine utilizate în sondaje și pentru cartografierea fundului mării, fixarea recifurilor, a bancurilor și localizarea obiectelor din apă
• circuite corespunzătoare oscilatoarelor de referință cu sinteză de frecvență
• circuite utilizate în indicațiile de undă ale semnalelor SSB sau telegrafice;
• radiouri cu un semnal DSB la o frecvență intermediară
• filtre trece-banda Receptoare de tip superheterodinăAcestea sunt mai stabile și mai robuste decât filtrele LC.

Dispozitivele sunt disponibile în diferite carcase. Se împart în lead-through, utilizate la montarea volumetrică, și SMD, utilizate la montarea pe suprafață.

Funcționarea acestora depinde de fiabilitatea circuitului de comutare, care afectează:

• abaterea frecvenței de la valoarea necesară, stabilitatea parametrilor
• rata de îmbătrânire a dispozitivului;
• capacitatea de sarcină.

Proprietăți ale rezonatorului de cuarț

Depășește analogii anterioare, ceea ce face ca dispozitivul să fie indispensabil în multe circuite electronice și explică domeniul de aplicare al dispozitivului. Acest lucru este evidențiat de faptul că în primul deceniu de la inventarea sa au fost produse peste 100.000 de unități în SUA (fără a lua în considerare alte țări).

Printre proprietățile pozitive ale rezonatoarelor de cuarț, care explică popularitatea, cererea de dispozitive:

• factor de calitate bun, ale cărui valori - 104-106 - depășesc parametrii analogilor utilizați anterior (au factor de calitate de 300);
• dimensiuni mici, care pot fi măsurate în fracțiuni de milimetru;
• rezistente la fluctuațiile de temperatură;
• durată lungă de viață;
• ușurința de fabricare;
• posibilitatea de a construi filtre în cascadă de înaltă calitate fără reglaj manual.

Rezonatoarele din cuarț au și dezavantaje:

• elementele externe permit reglarea frecvenței într-un interval îngust;
• au o construcție fragilă;
• nu tolerează căldura excesivă.

Principiul de funcționare a rezonatorului de cuarț

Dispozitivul funcționează pe baza efectului piezo, care apare pe o placă de cuarț, și a temperaturii scăzute. Elementul este tăiat dintr-o singură bucată de cristal de cuarț, respectând un unghi prestabilit. Acesta din urmă determină parametrii electrochimici ai rezonatorului.

Plăcile sunt acoperite pe ambele fețe cu un strat de argint (platină, nichel, aur sunt potrivite). Acestea sunt apoi fixate ferm într-o carcasă care este sigilată. Dispozitivul este un sistem oscilant care are o frecvență de rezonanță proprie.

Atunci când electrozii sunt expuși la tensiuni alternative, placa de cuarț, care are proprietăți piezoelectrice, se îndoaie, se comprimă, se deplasează (în funcție de tipul de prelucrare a cristalului). În același timp, se generează în el o contracarare a forței electromagnetice, ca într-o bobină de inductor într-un circuit oscilant.

Atunci când se aplică o tensiune la o frecvență care coincide cu oscilația naturală a plăcii, în dispozitiv apare rezonanța. În același timp:

• elementul de cuarț are o creștere a amplitudinii de oscilație;
• rezistența rezonatorului este mult redusă.

Energia necesară pentru a susține o oscilație este redusă atunci când frecvențele sunt egale.

Marcarea unui rezonator cu cuarț într-o diagramă de circuit

Dispozitivul este desemnat în același mod ca și un condensator. Diferență: Între segmentele verticale se află un dreptunghi - simbolul unei plăci din cristal de cuarț. Un decalaj separă laturile dreptunghiului și capacitățile condensatorului. Simbolul QX poate apărea lângă acesta în diagramă.

Cum să testați un rezonator de cuarț

Problemele cu dispozitivele mici apar dacă acestea primesc o lovitură puternică. Acest lucru se întâmplă atunci când dispozitivele care conțin rezonatoare sunt scăpate. Acestea din urmă se defectează și trebuie înlocuite în același mod.

Verificarea funcționării corecte a unui rezonator necesită un tester. Acesta este asamblat pe baza unui tranzistor KT3102, 5 condensatori și 2 rezistențe (dispozitivul este similar unui oscilator cu cuarț asamblat pe un tranzistor).

Dispozitivul trebuie să fie conectat la baza tranzistorului și la polul negativ în conexiunile de cablare, protejând dispozitivul cu un condensator de protecție. Sursa de alimentare a circuitului de comutare este constantă de 9V. Partea pozitivă este conectată la intrarea tranzistorului, la ieșirea acestuia prin intermediul unui condensator - un frecvențmetru, care înregistrează parametrii de frecvență ai rezonatorului.

Circuitul este utilizat la reglarea circuitului de oscilație. Atunci când rezonatorul este în stare bună, acesta emite oscilații atunci când este conectat, ceea ce determină apariția unei tensiuni alternative la emițătorul tranzistorului. Frecvența tensiunii coincide cu cea a rezonatorului.

Dispozitivul este defect dacă frecvențmetrul nu înregistrează apariția frecvenței sau detectează prezența frecvenței, dar aceasta - fie este mult diferită de cea nominală, fie atunci când carcasa este încălzită cu un fier de lipit, se schimbă foarte mult.

Articole conexe: