Ein Quarzresonator ist ein elektronisches Gerät, das auf dem piezoelektrischen Effekt sowie auf mechanischer Resonanz basiert. Es wird von Radiosendern verwendet, wo es die Trägerfrequenz in Stunden und Timern einstellt und ein Intervall von 1 Sekunde in ihnen festlegt.
Inhalt
Was ist das und warum wird es benötigt
Das Gerät ist eine Quelle, die hochpräzise harmonische Schwingungen liefert. Es hat im Vergleich zu Analoga eine höhere Arbeitseffizienz und stabile Parameter.
Die ersten Muster moderner Geräte erschienen 1920-1930 bei Radiosendern. als Elemente mit stabilem Betrieb, die in der Lage sind, die Trägerfrequenz einzustellen. Sie sind:
- sie ersetzten die Rochelle-Salzkristallresonatoren, die 1917 als Ergebnis der Erfindung von Alexander M. Nicholson auftauchten und sich durch Instabilität auszeichneten;
- Sie ersetzten die zuvor verwendete Schaltung durch eine Spule und einen Kondensator, die sich nicht im hohen Qualitätsfaktor (bis zu 300) unterschieden und von Temperaturänderungen abhingen.
Wenig später wurden Schwingquarze zum festen Bestandteil von Zeitschaltuhren und Uhren. Elektronische Bauteile mit einer Eigenresonanzfrequenz von 32768 Hz, die in einem binären 15-Bit-Zähler ein Zeitintervall von 1 Sekunde einstellt.
Geräte werden heute eingesetzt in:
- Quarzuhren, die ihnen die Arbeitsgenauigkeit unabhängig von der Umgebungstemperatur verleihen;
- Messgeräte, die ihnen eine hohe Genauigkeit der Indikatoren garantieren;
- Meeresecholote, die bei der Erforschung und Erstellung von Bodenkarten, der Befestigung von Riffen, Untiefen und der Suche nach Objekten im Wasser verwendet werden;
- Schaltungen, die Referenzoszillatoren entsprechen, die Frequenzen synthetisieren;
- Schemata, die für die Wellenanzeige von SSB- oder Telegrafensignalen verwendet werden;
- Radiosender mit einem DSB-Signal mit einer Zwischenfrequenz;
- Bandpassfilter Superheterodyne-Empfänger, die stabiler und qualitativ hochwertiger sind als LC-Filter.
Geräte werden mit unterschiedlichen Gehäusen hergestellt. Sie sind unterteilt in Ausgang, der in der Bulk-Montage verwendet wird, und SMD, der in der Oberflächenmontage verwendet wird.
Ihr Betrieb hängt von der Zuverlässigkeit des Schaltkreises ab, der sich auf Folgendes auswirkt:
- Frequenzabweichung vom Sollwert, Parameterstabilität;
- Gerätealterungsrate;
- Belastbarkeit.
Eigenschaften eines Quarzresonators
Übertrifft bisher vorhandene Analoga, was das Gerät in vielen elektronischen Schaltungen unverzichtbar macht und den Umfang des Geräts erklärt.Dies wird durch die Tatsache bestätigt, dass im ersten Jahrzehnt seit der Erfindung in den Vereinigten Staaten (ohne andere Länder) mehr als 100.000 Geräte hergestellt wurden.
Zu den positiven Eigenschaften von Quarzresonatoren, die die Beliebtheit und Nachfrage nach Geräten erklären:
- guter Qualitätsfaktor, dessen Werte - 104-106 - die Parameter zuvor verwendeter Analoga überschreiten (sie haben einen Qualitätsfaktor von 300);
- kleine Abmessungen, die in Bruchteilen von Millimetern gemessen werden können;
- Temperaturbeständigkeit, ihre Schwankungen;
- lange Lebensdauer;
- einfache Herstellung;
- die Fähigkeit, hochwertige Kaskadenfilter zu bauen, ohne manuelle Einstellungen zu verwenden.
Quarzresonatoren haben auch Nachteile:
- Mit externen Elementen können Sie die Frequenz in einem engen Bereich einstellen.
- eine zerbrechliche Struktur haben;
- vertragen keine übermäßige Hitze.
Das Funktionsprinzip eines Quarzresonators
Das Gerät arbeitet auf Basis des piezoelektrischen Effekts, der sich auf einer Quarzplatte und bei niedriger Temperatur manifestiert. Das Element wird unter Einhaltung des angegebenen Winkels aus einem einzelnen Quarzkristall geschnitten. Letztere bestimmt die elektrochemischen Parameter des Resonators.
Die Platten sind beidseitig mit einer Silberschicht überzogen (Platin, Nickel, Gold sind geeignet). Dann werden sie fest im Gehäuse fixiert, das abgedichtet wird. Das Gerät ist ein Schwingungssystem, das seine eigene Resonanzfrequenz hat.
Wenn die Elektroden mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, verbiegt sich die Quarzplatte, die eine piezoelektrische Eigenschaft hat, zieht sich zusammen, verschiebt sich (je nach Art der Bearbeitung des Kristalls). Gleichzeitig tritt darin eine Gegen-EMK auf, wie dies bei einer in einem Schwingkreis befindlichen Induktivität der Fall ist.
Wenn eine Spannung mit einer Frequenz angelegt wird, die mit den Eigenschwingungen der Platte übereinstimmt, wird in der Vorrichtung eine Resonanz beobachtet. Gleichzeitig:
- ein Quarzelement erhöht die Schwingungsamplitude;
- der Widerstand des Resonators wird stark reduziert.
Die zur Aufrechterhaltung von Schwingungen benötigte Energie ist bei gleichen Frequenzen gering.
Bezeichnung eines Schwingquarzes im Stromkreis
Das Gerät wird ähnlich wie ein Kondensator bezeichnet. Unterschied: Zwischen den vertikalen Segmenten ist ein Rechteck platziert - das Symbol einer Platte aus Quarzkristall. Die Seiten des Rechtecks und der Kondensatorplatte sind durch einen Spalt getrennt. In der Nähe des Diagramms befindet sich möglicherweise eine Buchstabenbezeichnung des Geräts - QX.
So testen Sie einen Quarzresonator
Probleme mit Kleingeräten treten auf, wenn sie einen starken Schlag erhalten. Dies geschieht, wenn Geräte mit Resonatoren im Design fallen. Letztere fallen aus und müssen nach den gleichen Parametern ersetzt werden.
Um den Resonator auf Leistung zu überprüfen, ist ein Tester erforderlich. Es ist nach einer Schaltung aufgebaut, die auf einem Transistor KT3102, 5 Kondensatoren und 2 Widerständen basiert (das Gerät ähnelt einem auf einem Transistor montierten Quarzoszillator).
Das Gerät muss an die Basis des Transistors und den Minuspol in den angeschlossenen Anschlüssen angeschlossen werden, Anschlüsse, Schutz durch Einbau eines Schutzkondensators. Die Stromversorgung des Schaltkreises ist konstant - 9 V. Außerdem verbinden sie mit dem Eingang des Transistors und seinem Ausgang - über den Kondensator - einen Frequenzmesser, der die Frequenzparameter des Resonators festlegt.
Das Schema wird beim Einrichten des Schwingkreises verwendet.Wenn der Resonator in gutem Zustand ist, erzeugt er im angeschlossenen Zustand Schwingungen, die zum Auftreten einer Wechselspannung am Emitter des Transistors führen. Darüber hinaus stimmt die Spannungsfrequenz mit einer ähnlichen Charakteristik des Resonators überein.
Das Gerät ist defekt, wenn der Frequenzmesser das Auftreten einer Frequenz nicht erkennt oder das Vorhandensein einer Frequenz feststellt, diese aber entweder stark vom Nennwert abweicht oder sich beim Erhitzen des Gehäuses mit einem Lötkolben stark ändert.
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