Kvartsresonatorer: formål, anvendelse, handlingsprincip, brugsegenskaber

Hvad er kvartsresonatorer til?

Moderne digital elektronik, komplet med mikroprocessorer og mikrocontrollere, er simpelthen utænkelige uden ursvingninger. Og hvor urets svingninger opnås, er der driften af ​​generatoren og det oscillerende system, og hvor det oscillerende system er, vil både resonansfænomenet og en så vigtig parameter som kvalitetsfaktoren nødvendigvis dukke op. Her introduceres vi til kvartsresonatorer (oscillatorer).

Kvartsresonatoren (kvarts) er en generator af elektromagnetiske oscillationer med en høj grad af frekvenskonstans, som bruger kvartspladens piezoelektriske og mekaniske egenskaber.

Ifølge driftsprincippet er en kvartsresonator en oscillator med kvartsfrekvensstabilisering. Sådanne generatorer bruges som en meget stabil mastergenerator i måleudstyr, frekvens- og tidsstandarder, kvartsure såvel som i forskelligt elektronisk udstyr.

Ulempen ved kvartsresonatorer er, at den kun kan generere ved faste frekvenser bestemt af kvartsens resonansfrekvens og praktisk talt ikke tillader frekvensjustering.

Alle kvartsresonatorkredsløb er opdelt i to store grupper afhængigt af hvilken kvartsresonans (parallel eller serie) der bruges i dem. De mest udbredte er kvartsresonatorkredsløb, hvor kvartsen arbejder tæt på sin parallelle resonansfrekvens.

Så en kvartsresonator i et elektronisk kredsløb er et uovertruffent alternativ til enhver oscillerende kredsløbbestående af en kondensator og en induktor. Outputtet er den højeste Q-faktor for kvartsresonatorer. Mens et godt LC-kredsløb når en Q-faktor på 300, kan Q-faktoren for en kvartsresonator nå op til 10.000.000. Som du kan se, er overlegenheden titusindvis af gange. Intet oscillerende kredsløb kan således sammenlignes med en kvartsresonator med hensyn til Q-faktor.

Det er overflødigt at sige om effekten af ​​temperatur på resonansfrekvensen. Resonansfrekvensen af ​​det samme oscillerende kredsløb afhænger stærkt af TKE (kapacitansens temperaturkoefficient) for kondensatoren, der kommer ind i det. Kvarts har på den anden side en meget høj temperaturstabilitet, af denne grund holder kvartsresonatorer fast deres positioner som oscillationskilder til clockfrekvensgeneratorer til forskellige formål.

Sådan fungerer en kvartsresonator

For at forstå, hvordan en kvartsresonator fungerer og fungerer, er det nok at huske, hvad det er piezoelektrisk effekt… Forestil dig en plade af lavtemperatur kvarts (siliciumdioxid) skåret ud af en krystal på en bestemt måde.Vinklen, ved hvilken en wafer skæres fra krystallen, bestemmer de elektromekaniske egenskaber af den resonator, der produceres. Elektroder er nu fastgjort til denne plade på begge sider ved at afsætte lag af nikkel, platin, guld eller sølv, og solide ledninger er fastgjort til dem. Hele strukturen er placeret i et lille forseglet hus.

Således blev der opnået et elektromekanisk oscillerende system, som har (på grund af de naturlige egenskaber ved lavtemperaturkvarts) en piezoelektrisk effekt og har sin egen resonansfrekvens.

Hvis der nu påføres en vekselspænding til elektroderne, hvis frekvens er tæt på resonansfrekvensen af ​​det resulterende oscillerende system, så vil pladen begynde at trække sig mekanisk sammen og udvide sig med maksimal amplitude, og på grund af den piezoelektriske effekt, jo tættere frekvensen af ​​den påførte spænding er til resonans, jo lavere modstand vil resonatoren være. Dette er analogien til en kvartsresonator med et højfrekvent oscillatorkredsløb. Resultatet er i det væsentlige analogt med et serie LC-kredsløb.

Karakteristika for en kvartsresonator

En kvartsresonator kan repræsenteres i form af et ækvivalent kredsløb, hvor C0 er den elektriske monteringskapacitet dannet af metalkabelholdere og elektroder. C1, L og R er kapacitansen, induktansen og den aktive modstand af pladen direkte med elektroder, som en analog af et rigtigt oscillerende kredsløb opnået på grund af pladens elektromekaniske egenskaber.

Hvis vi udelukker monteringskapacitansen C0 fra kredsløbet, vil vi eksplicit få et serieoscillerende kredsløb.Hvad angår betegnelsen af ​​resonatoren i diagrammet, ligner den en kondensator med et rektangel, der symboliserer en kvartskrystal mellem pladerne.

I processen med montering og demontering af kvartsresonatorer på plader ved lodning skal det huskes, at overophedning af kvarts over 573 ° C er fyldt med tab af krystallens piezoelektriske egenskaber.