Kremeňový rezonátor - štruktúra, princíp činnosti, ako skontrolovať

Moderná digitálna technológia vyžaduje vysokú presnosť, takže nie je prekvapujúce, že takmer každé digitálne zariadenie, ktoré by laika upútalo pozornosť, obsahuje vo vnútri kremeňový rezonátor.

Kremeňové rezonátory pre rôzne frekvencie sú potrebné ako spoľahlivé a stabilné zdroje harmonických kmitov, aby sa digitálny mikrokontrolér mohol spoľahnúť na referenčnú frekvenciu a pracovať s ňou v budúcnosti, počas prevádzky digitálneho zariadenia. Kremeňový rezonátor je teda spoľahlivou náhradou za oscilačný LC obvod.

Ak vezmeme do úvahy jednoduchý oscilačný obvod, ktorý pozostáva z kondenzátor a induktor, je rýchlo zrejmé, že kvalitatívny faktor takého obvodu v obvode neprekročí 300, navyše kondenzátor kondenzátora bude vznášať v závislosti na okolitej teplote, to isté sa stane s indukčnosťou.

Nie je nič za to, že kondenzátory a cievky majú také parametre, ako je TKE - teplotný koeficient kapacity a TKI - teplotný koeficient indukčnosti, čo ukazuje, do akej miery sa hlavné parametre týchto komponentov menia s ich teplotou.

Na rozdiel od oscilačných obvodov majú rezonátory na báze kremeňa nedosiahnuteľný Q-faktor pre oscilačné obvody, ktoré je možné merať hodnotami od 10 000 do 10 000 000, a teplotná stabilita kremenných rezonátorov je vylúčená, pretože frekvencia zostáva konštantná pri akejkoľvek teplote, zvyčajne v rozmedzí od - 40 ° C až + 70 ° C

Kvôli vysokej teplotnej stabilite a kvalitatívnemu faktoru sa kremeňové rezonátory používajú všade v rádiovej technike a digitálnej elektronike.

Na zadanie mikrokontrolér alebo procesor s frekvenciou hodín, vždy potrebuje generátor hodín, na ktorý by sa mohol spoľahlivo spoľahnúť, a tento generátor vždy potrebuje vysokofrekvenčný a vysoko presný generátor. Tu prichádza na záchranu kremenný rezonátor. V niektorých aplikáciách je samozrejme možné upustiť od piezoelektrických rezonátorov s faktorom kvality 1000 a takéto rezonátory sú postačujúce pre elektronické hračky a domáce rádiá, ale pre presnejšie zariadenia je potrebný kremeň.

Základom kremenného rezonátora je piezoelektrický efektvznikajúce na kremennej doske. Kremeň je polymorfná modifikácia oxidu kremičitého Si02 a vyskytuje sa v prírode vo forme kryštálov a kamienkov. Voľná ​​forma v zemskej kremeňovej kôre je asi 12%, navyše vo forme zmesí ďalšie minerály tiež obsahujú kremeň a všeobecne viac ako 60% kremeňa v zemskej kôre (hmotnostný zlomok).

Na vytvorenie rezonátorov je vhodný nízkoteplotný kremeň s výraznými piezoelektrickými vlastnosťami. Chemicky je kremeň veľmi stabilný a môže sa rozpustiť iba v kyseline fluorovodíkovej. Kremeň má vyššiu tvrdosť ako opál, ale nedosahuje diamant.

Pri výrobe kremennej platne je kus rezaný z kremenného kryštálu v presne stanovenom uhle. V závislosti od uhla rezu sa výsledná kremenná doska bude líšiť vo svojich elektromechanických vlastnostiach.

Veľa závisí od typu rezu: frekvencia, teplotná stabilita, rezonančná stabilita a neprítomnosť alebo prítomnosť rušivých rezonančných frekvencií. Potom sa na doštičku nanesie vrstva kovu z obidvoch strán, ktorou môže byť nikel, platina, striebro alebo zlato, a potom sa doska kremeňových rezonátorov pripevní tvrdými drôtmi. Posledný krok - prípad je hermeticky zostavený.

Takto sa získa oscilačný systém s vlastnou rezonančnou frekvenciou a takto získaný rezonátor kremeňa má svoju vlastnú rezonančnú frekvenciu určenú elektromechanickými parametrami.

Teraz, keď sa na kovové elektródy plastu privedie striedavé napätie danej rezonančnej frekvencie, objaví sa jav rezonancie a amplitúda harmonických kmitov doštičky sa veľmi významne zvýši. V tomto prípade rezonátorový odpor výrazne klesá, to znamená, že proces je podobný tomu, čo sa deje v sekvenčnom oscilačnom obvode. Kvôli vysokému faktoru kvality takého „oscilačného obvodu“ je strata energie počas jeho budenia na rezonančnej frekvencii zanedbateľná.

Na ekvivalentnom obvode: C2 je statická elektrická kapacita dosiek s držiakmi, L je indukčnosť, C1 je kapacita, R je odpor, ktorý odráža elektromechanické vlastnosti nainštalovanej kremennej platne. Ak odstránite montážne prvky, zostane zachovaný konzistentný obvod LC.

Počas inštalácie na dosku s plošnými spojmi sa kremeňový rezonátor nemôže prehriať, pretože jeho konštrukcia je dosť krehká, a prehrievanie môže viesť k deformácii elektród a držiaka, čo určite ovplyvní činnosť rezonátora v hotovom zariadení. Ak sa kremeň zahrieva na 5730 ° C, úplne stratí svoje piezoelektrické vlastnosti, ale našťastie nie je možné zahriať prvok s spájkou na takúto teplotu.

Označenie kremenného rezonátora v diagrame je podobné ako označenie kondenzátora s obdĺžnikom medzi doskami (kremenná doska) a nápisom „ZQ“ alebo „Z“.

Príčinou poškodenia kremeňového rezonátora je často pád alebo silný náraz zariadenia, v ktorom je nainštalovaný, a potom je potrebné nahradiť rezonátor za nový s rovnakou rezonančnou frekvenciou. Takéto poškodenie je vlastné zariadeniam malých rozmerov, ktoré sa dajú ľahko spadnúť. Podľa štatistík je však takéto poškodenie kremenných rezonátorov veľmi zriedkavé a častejšie je porucha zariadenia spôsobená iným dôvodom.

Aby ste skontrolovali použiteľnosť rezonátora kremeňa, môžete zostaviť malú sondu, ktorá pomôže nielen overiť funkčnosť rezonátora, ale tiež zistiť jeho rezonančnú frekvenciu. Sondový obvod je typický kryštálový oscilátorový obvod využívajúci jediný tranzistor.

Zapnutím rezonátora medzi základňou a mínusom (v prípade skratu v rezonátore je to možné prostredníctvom ochranného kondenzátora) zostáva zmerať rezonančnú frekvenciu pomocou merača frekvencie. Tento obvod je vhodný aj na prednastavenie oscilačných obvodov.

Keď je obvod zapnutý, zdravý rezonátor prispeje k vytváraniu kmitov a na emitore tranzistora je možné pozorovať striedavé napätie, ktorého frekvencia bude zodpovedať základnej rezonančnej frekvencii testovaného kremenného rezonátora.

Pripojením merača frekvencie k výstupu sondy bude môcť užívateľ sledovať túto rezonančnú frekvenciu. Ak je frekvencia stabilná, ak mierne zahriatie rezonátora so zdvihnutou spájkovacou žehličkou nevedie k výraznému posunu frekvencie, potom je rezonátor v dobrom stave. Ak nedochádza k žiadnej generácii alebo frekvencia vzrastie alebo sa ukáže, že je úplne iná, ako by mala byť pre testovaný komponent, rezonátor je chybný a mal by sa vymeniť.

Táto sonda je tiež vhodná na prednastavenie oscilačných obvodov, v tomto prípade je potrebný kondenzátor Cl, hoci môže byť vylúčený z obvodu pri kontrole rezonátorov. Okruh je jednoducho pripojený namiesto rezonátora a obvod začína generovať oscilácie podobným spôsobom.

Vzorkovač zostavený podľa daného obvodu pracuje úžasne pri frekvenciách od 15 do 20 MHz. Pre iné rozsahy môžete vždy vyhľadať okruhy na internete, pretože ich je veľa, a to ako na diskrétnych súčiastkach, tak aj na mikroobvode.

Comments

[#1 Vadim]

Pre mladší predškolský vek.