Kremenný rezonátor je elektronické zariadenie postavené na piezoelektrickom efekte, ako aj na mechanickej rezonancii. Používajú ho rozhlasové stanice, kde nastavuje nosnú frekvenciu v hodinách a časovačoch, pričom v nich stanovuje interval 1 sekundy.
Obsah
Čo to je a prečo je to potrebné
Zariadenie je zdrojom, ktorý poskytuje vysoko presné harmonické oscilácie. V porovnaní s analógmi má vyššiu efektivitu práce, stabilné parametre.
Prvé vzorky moderných zariadení sa objavili na rozhlasových staniciach v rokoch 1920-1930. ako prvky so stabilnou prevádzkou, schopné nastaviť nosnú frekvenciu. Oni sú:
- nahradili kryštálové rezonátory soli Rochelle, ktoré sa objavili v roku 1917 ako výsledok vynálezu Alexandra M. Nicholsona a vyznačovali sa nestabilitou;
- nahradili dovtedy používaný obvod cievkou a kondenzátorom, ktoré sa nelíšili vysokým činiteľom kvality (do 300) a záviseli od teplotných zmien.
O niečo neskôr sa kremenné rezonátory stali neoddeliteľnou súčasťou časovačov a hodín. Elektronické súčiastky s vlastnou rezonančnou frekvenciou 32768 Hz, ktorá v binárnom 15-bitovom čítači nastavuje časový interval 1 sekundu.
Zariadenia sa dnes používajú v:
- kremenné hodinky, ktoré im poskytujú presnosť práce bez ohľadu na okolitú teplotu;
- meracie prístroje, ktoré im zaručujú vysokú presnosť ukazovateľov;
- námorné echoloty, ktoré sa používajú pri výskume a tvorbe máp dna, upevňovaní útesov, plytčín, hľadaní predmetov vo vode;
- obvody zodpovedajúce referenčným oscilátorom syntetizujúcim frekvencie;
- schémy používané na indikáciu vlny SSB alebo telegrafného signálu;
- rozhlasové stanice so signálom DSB so strednou frekvenciou;
- pásmové filtre prijímače superheterodynového typu, ktoré sú stabilnejšie a kvalitnejšie ako LC filtre.
Zariadenia sa vyrábajú s rôznymi puzdrami. Delia sa na výstupné, používané pri hromadnej montáži a SMD, používané pri povrchovej montáži.
Ich činnosť závisí od spoľahlivosti spínacieho obvodu, ktorá ovplyvňuje:
- odchýlka frekvencie od požadovanej hodnoty, stabilita parametrov;
- rýchlosť starnutia zariadenia;
- nosnosť.
Vlastnosti kremenného rezonátora
Prevyšuje predtým existujúce analógy, vďaka čomu je zariadenie nepostrádateľné v mnohých elektronických obvodoch a vysvetľuje rozsah zariadenia.Potvrdzuje to aj fakt, že za prvé desaťročie od vynálezu sa v Spojených štátoch (nepočítajúc iné krajiny) vyrobilo viac ako 100 tisíc kusov zariadení.
Medzi pozitívne vlastnosti kremenných rezonátorov, ktoré vysvetľujú popularitu a dopyt po zariadeniach:
- dobrý faktor kvality, ktorého hodnoty - 104-106 - presahujú parametre predtým používaných analógov (majú faktor kvality 300);
- malé rozmery, ktoré možno merať v zlomkoch milimetra;
- odolnosť voči teplote, jej kolísaniu;
- dlhá životnosť;
- jednoduchosť výroby;
- schopnosť vytvárať vysoko kvalitné kaskádové filtre bez použitia manuálneho nastavenia.
Kremenné rezonátory majú aj nevýhody:
- vonkajšie prvky umožňujú nastaviť frekvenciu v úzkom rozsahu;
- majú krehkú štruktúru;
- netolerujú nadmerné teplo.
Princíp činnosti kremenného rezonátora
Prístroj pracuje na báze piezoelektrického efektu, ktorý sa prejavuje na kremennej doske a pri nízkej teplote. Prvok je vyrezaný z jedného kremenného kryštálu pri dodržaní určeného uhla. Ten určuje elektrochemické parametre rezonátora.
Doštičky sú obojstranne potiahnuté vrstvou striebra (vhodná je platina, nikel, zlato). Potom sú pevne upevnené v kryte, ktorý je utesnený. Zariadenie je oscilačný systém, ktorý má vlastnú rezonančnú frekvenciu.
Keď sú elektródy vystavené striedavému napätiu, kremenná doska, ktorá má piezoelektrickú vlastnosť, sa ohýba, zmršťuje, posúva (v závislosti od typu spracovania kryštálu). Súčasne sa v ňom objaví proti-EMF, ako sa to deje v induktore umiestnenom v oscilačnom obvode.
Keď sa aplikuje napätie s frekvenciou zhodujúcou sa s prirodzenými vibráciami dosky, potom sa v zariadení pozoruje rezonancia. Súčasne:
- prvok z kremeňa zvyšuje amplitúdu kmitov;
- odpor rezonátora je značne znížený.
Energia, ktorá je potrebná na udržanie oscilácií, je v prípade rovnakých frekvencií nízka.
Označenie kremenného rezonátora na elektrickom obvode
Zariadenie je označené podobne ako kondenzátor. Rozdiel: medzi zvislé segmenty je umiestnený obdĺžnik - symbol dosky z kremenného kryštálu. Strany obdĺžnika a dosky kondenzátora sú oddelené medzerou. Neďaleko na diagrame môže byť písmeno označenie zariadenia - QX.
Ako otestovať kremenný rezonátor
Problémy s malými spotrebičmi vznikajú, ak dostanú silný úder. To sa stane, keď zariadenia obsahujúce rezonátory v dizajne spadnú. Posledné zlyhajú a vyžadujú výmenu podľa rovnakých parametrov.
Kontrola výkonu rezonátora vyžaduje tester. Je zostavený podľa obvodu založeného na tranzistore KT3102, 5 kondenzátoroch a 2 odporoch (zariadenie je podobné ako kremenný oscilátor zostavený na tranzistore).
Zariadenie musí byť pripojené k základni tranzistora a zápornému pólu v pripojených spojoch, pripojeniach, chrániť inštaláciou ochranného kondenzátora. Napájanie spínacieho obvodu je konštantné - 9V. Navyše sa pripájajú na vstup tranzistora, na jeho výstup - cez kondenzátor - frekvenčný merač, ktorý fixuje frekvenčné parametre rezonátora.
Schéma sa používa pri nastavovaní oscilačného obvodu.Keď je rezonátor v dobrom stave, pri pripojení vytvára oscilácie, ktoré vedú k vzniku striedavého napätia na emitore tranzistora. Okrem toho sa frekvencia napätia zhoduje s podobnou charakteristikou rezonátora.
Zariadenie je chybné, ak merač frekvencie nezistí výskyt frekvencie alebo určí prítomnosť frekvencie, ktorá sa však buď výrazne líši od menovitej hodnoty, alebo sa výrazne zmení, keď sa puzdro zahreje spájkovačkou.
Podobné články:
