Křemenný rezonátor je elektronické zařízení postavené na piezoelektrickém jevu a mechanické rezonanci. Používají ho rozhlasové stanice, kde nastavuje nosnou frekvenci v hodinách a časovačích, přičemž v nich stanovuje interval 1 sekundy.
Obsah
Co to je a proč je to potřeba
Zařízení je zdrojem, který poskytuje vysoce přesné harmonické oscilace. Ve srovnání s analogy má vyšší efektivitu práce, stabilní parametry.
První vzorky moderních zařízení se objevily na rozhlasových stanicích v letech 1920-1930. jako prvky se stabilním provozem, schopné nastavit nosnou frekvenci. Oni jsou:
- nahradily solné krystalové rezonátory Rochelle, které se objevily v roce 1917 jako výsledek vynálezu Alexandra M. Nicholsona a vyznačovaly se nestabilitou;
- nahradili dříve používaný obvod cívkou a kondenzátorem, které se nelišily vysokým činitelem jakosti (až 300) a závisely na změnách teplot.
O něco později se quartzové rezonátory staly nedílnou součástí časovačů a hodin. Elektronické součástky s vlastní rezonanční frekvencí 32768 Hz, která v binárním 15bitovém čítači nastavuje časový interval 1 sekundy.
Zařízení se dnes používají v:
- quartzové hodinky, které jim poskytují přesnost práce bez ohledu na okolní teplotu;
- měřicí přístroje, které jim zaručují vysokou přesnost ukazatelů;
- mořské echoloty, které se používají při výzkumu a tvorbě map dna, upevňování útesů, mělčin, vyhledávání objektů ve vodě;
- obvody odpovídající referenčním oscilátorům syntetizujícím frekvence;
- schémata používaná pro indikaci vln SSB nebo telegrafního signálu;
- rozhlasové stanice se signálem DSB se střední frekvencí;
- pásmové filtry přijímače superheterodynního typu, které jsou stabilnější a kvalitnější než LC filtry.
Zařízení se vyrábí s různými pouzdry. Dělí se na výstupní, používané při hromadné montáži, a SMD, používané při povrchové montáži.
Jejich činnost závisí na spolehlivosti spínacího obvodu, která ovlivňuje:
- odchylka frekvence od požadované hodnoty, stabilita parametru;
- rychlost stárnutí zařízení;
- nosnost.
Vlastnosti křemenného rezonátoru
Překonává dříve existující analogy, díky čemuž je zařízení nepostradatelné v mnoha elektronických obvodech a vysvětluje rozsah zařízení.To potvrzuje i fakt, že za první desetiletí od vynálezu bylo ve Spojených státech (nepočítáme-li jiné země) vyrobeno více než 100 tisíc kusů zařízení.
Mezi pozitivní vlastnosti křemenných rezonátorů, které vysvětlují popularitu a poptávku po zařízeních:
- dobrý faktor kvality, jehož hodnoty - 104-106 - přesahují parametry dříve používaných analogů (mají faktor kvality 300);
- malé rozměry, které lze měřit ve zlomcích milimetru;
- odolnost vůči teplotě, jejím výkyvům;
- dlouhá životnost;
- snadnost výroby;
- schopnost vytvářet vysoce kvalitní kaskádové filtry bez použití ručního nastavení.
Křemenné rezonátory mají také nevýhody:
- externí prvky umožňují nastavit frekvenci v úzkém rozsahu;
- mít křehkou strukturu;
- netolerují nadměrné teplo.
Princip činnosti křemenného rezonátoru
Zařízení pracuje na bázi piezoelektrického jevu, který se projevuje na křemenné desce, a při nízké teplotě. Prvek je vyříznut z jednoho krystalu křemene, přičemž je dodržen stanovený úhel. Ten určuje elektrochemické parametry rezonátoru.
Destičky jsou po obou stranách potaženy vrstvou stříbra (vhodná je platina, nikl, zlato). Poté jsou pevně upevněny v pouzdře, které je utěsněno. Zařízení je oscilační systém, který má vlastní rezonanční frekvenci.
Když jsou elektrody vystaveny střídavému napětí, křemenná deska, která má piezoelektrickou vlastnost, se ohýbá, smršťuje, posouvá (v závislosti na typu zpracování krystalu). Zároveň se v něm objeví protielektromagnetické pole, jak se to děje v induktoru umístěném v oscilačním obvodu.
Když je aplikováno napětí s frekvencí shodující se s přirozenými vibracemi desky, pak je v zařízení pozorována rezonance. Zároveň:
- prvek křemene zvyšuje amplitudu kmitů;
- odpor rezonátoru je značně snížen.
Energie potřebná k udržení oscilací je v případě stejných frekvencí nízká.
Označení křemenného rezonátoru na elektrickém obvodu
Zařízení je určeno podobně jako kondenzátor. Rozdíl: mezi svislé segmenty je umístěn obdélník - symbol desky z křemenného krystalu. Strany obdélníku a desky kondenzátoru jsou odděleny mezerou. Poblíž schématu může být písmeno označení zařízení - QX.
Jak otestovat křemenný rezonátor
Problémy s malými spotřebiči nastávají, pokud dostanou silný úder. K tomu dochází, když zařízení obsahující rezonátory v návrhu spadnou. Ty selžou a vyžadují výměnu podle stejných parametrů.
Kontrola výkonu rezonátoru vyžaduje tester. Je sestaven podle obvodu založeného na tranzistoru KT3102, 5 kondenzátorech a 2 rezistorech (zařízení je podobné jako křemenný oscilátor sestavený na tranzistoru).
Zařízení musí být připojeno k bázi tranzistoru a zápornému pólu v připojených spojích, spojích, chránit instalací ochranného kondenzátoru. Napájení spínacího obvodu je konstantní - 9V. Navíc se připojují ke vstupu tranzistoru, k jeho výstupu - přes kondenzátor - frekvenčnímu měřiči, který fixuje frekvenční parametry rezonátoru.
Schéma se používá při nastavování oscilačního obvodu.Když je rezonátor v dobrém stavu, když je připojen, vytváří oscilace, které vedou ke vzniku střídavého napětí na emitoru tranzistoru. Kromě toho se frekvence napětí shoduje s podobnou charakteristikou rezonátoru.
Zařízení je vadné, pokud měřič frekvence nezjistí výskyt frekvence nebo určí přítomnost frekvence, ale ta se buď výrazně liší od jmenovité hodnoty, nebo se velmi změní při zahřátí pouzdra páječkou.
Podobné články:
