Керамический резонатор что это

7

Керамические резонаторы

Компания Murata выпускает огромный ассортимент радиоэлектронных компонентов, на основе керамических материалов. В статье рассказывается о керамических резонеторах, использующих пьезоэлектрические свойства керамики.

Компания Murata была основана в 1944 году и изначально являлась производителем керамических конденсаторов. Со дня своего основания компания значительно расширила ассортимент выпускаемой продукции — это конденсаторы и резисторы, EMI-фильтры, керамические резонаторы и многое другое. Отличительной особенностью продукции фирмы является то, что большинство изделий изготовлено на основе керамики. Компанией в полной мере используются удивительные свойства керамических материалов, что позволяет ей создавать высококачественную продукцию, признанную многими специалистами во всем мире. Керамика — это материал, похожий на обоженную глину, изготовляемый путем спекания в специальных печах различных, очищенных на атомарном уровне, материалов. Путем добавления различных примесей, изменением температуры и атмосферных характеристик процесса обжига можно менять свойства керамических материалов, что, в свою очередь, дает практически безграничный простор для деятельности.

Керамические технологии Murata всеобъемлющи. Применение революционных технологий, ежегодная регистрация нескольких тысяч патентов, связанных с усовершенствованием и развитием производственного процесса — все это ставит компанию Murata в мировые лидеры и говорит о ее технологической мощи.

Статья является продолжением начатого цикла публикаций о продукции Murata, в ней речь пойдет об изделиях, использующих пьезоэлектрические свойства керамики, в частности, о керамических резонаторах.

Процесс разработки резонаторов на основе пьезоэффекта в керамике принадлежит фирме Murata и запатентован под товарным знаком Ceralock®.

Керамический резонатор Murata Ceralock

В основе разработки используется явление механического резонанса в пьезоэлектрической керамике. Приложение электрического потенциала к керамической пластине вызывает ее деформацию и наоборот, деформация керамики приводит к появлению на поверхности пластины электрических зарядов. Приложение переменного электрического потенциала приведет к возбуждению механических колебаний керамической пластины. Если частота этих колебаний близка к частоте собственного механического резонанса керамической пластины, то амплитуда колебаний значительно возрастает, увеличивается величина зарядов, обусловленных пьезоэффектом. В этом случае керамический резонатор, включенный в электрическую цепь, проявляет себя эквивалентно колебательному контуру. В зависимости от того, в какой плоскости пластины происходит резонанс, можно получить различные рабочие частотные диапазоны (табл. 1).

Таблица 1. Вид колебания и частотный диапазон

В качестве осцилляторного элемента электронных схем широко применяются колебательные контуры, построенные на LC- и RC-элементах, но им присущ ряд недостатков, основными из которых являются низкая температурная стабильность, большое отклонение частоты резонанса от номинала, значительные габаритные размеры.

Применение в схеме кварцевых резонаторов позволяет избавиться от указанных недостатков, существенно повысить точность настройки и температурную стабильность. Однако кварцевым резонаторам тоже присущи недостатки, такие, как высокая цена и сравнительно большие размеры корпуса. Фирма Murata предлагает другое решение — применение в электронных схемах керамических резонаторов. Керамические резонаторы являются хорошим решением в том случае, когда предъявляются не слишком высокие требования по точности, важны небольшие размеры корпуса и малая цена.

Сравнительные характеристики контуров LC и RC, кварцевых и керамических резонаторов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнительные характеристики осцилляторных элементов

Из таблицы 2 видно, что керамические резонаторы по своим параметрам занимают промежуточное значение между колебательными контурами, построенными на основе контуров LC и RC элементов. Температурная стабильность кварцевого резонатора 10–6 °С, температурная стабильность контуров LC и RС — 10 –3 . 10 –4 °С . Температурная стабильность керамического резонатора — 10 –5 °С в диапазоне температур от –20 до +80 °С.

Важной отличительной чертой керамического резонатора являются малые размеры корпуса и малый вес. Габаритные размеры в эпоху миниатюризации являются одной из важных характеристик, так как уменьшение размеров элементов на схеме позволит напрямую уменьшить габаритные размеры корпуса самого изделия.

Керамика является более дешевым материалом по сравнению с кварцем, поэтому применение керамических резонаторов в схеме позволит удешевить готовое изделие, кроме того, компания Murata, как производитель керамических резонаторов, гарантирует сохранение указанных параметров и интервалов рабочих температур.

На рис. 1 показано обозначение керамического резонатора, применяемое на схемах.

Импедансная и фазовая характеристики приведены на рис. 2. Видно, что в диапазоне частот Fr (минимальный импеданс) и Fa (максимальный импеданс) резонатор проявляет свойства индуктивности. Емкостные свойства проявляются в других частотных диапазонах. Частоты Fr и Fa определяются пьезоэлектрическим материалом и физическими параметрами устройства. На частоте резонанса керамический резонатор эквивалентен контуру, изображенному на рис. 4, где величины Le и Re обозначают, соответственно, эквивалентные индуктивность и сопротивление.

Чем меньше величина Re, тем больше добротность Q(m) резонатора.

Эквивалентная схема резонатора — последовательно-параллельная резонансная цепь, состоящая из конденсатора, индуктивности и резистора.

Величины C1, L1, R1 — эквивалентные параметры резонатора. C0 называют статической или шунтирующей емкостью. На частотах, далеких от резонанса, керамический резонатор ведет себя как обычный конденсатор с емкостью C0. Параметры R1, C1, R1 являются динамическими, так как они проявляются только при колебаниях с частотой близкой к частоте собственного резонанса керамической пластины. Производный параметр — резонансный промежуток D F, характеризующий способность резонатора к перестройке по частоте. Определяется следующей формулой:

где D F — резонансный промежуток, С1 — динамическая емкость, С0 — статическая емкость.

Чем больше резонансный промежуток, тем шире пределы возможной перестройки частоты резонатора.

Керамические резонаторы характеризуются следующими параметрами:

1. Номинальная частота — частота резонанса, указанная в документации на резонатор.
2. Точность настройки показывает максимально допустимое отклонение частоты резонатора от номинальной, измеренной при Т = 25 °С.
3. Температурная стабильность показывает допустимое изменение частоты в определенном диапазоне температур.
4. Интервал рабочих температур — стандартный интервал температур, для которого максимальное отклонение частоты от номинала гарантировано производителем.
5. Долговременная стабильность — максимально допустимое изменение частоты резонатора за период времени, вызванное процессами старения.

Из-за механического резонанса в керамических резонаторах, наряду с основной частотой могут генерироваться паразитные гармоники, более высокочастотные. Примеры побочных колебаний и высших гармоник керамических резонаторов CSBLA455KC8-B0 и CSTLS4M00G53-B0 показаны на рисунках 5 и 6.

Сравнительные характеристики керамических и кварцевых резонаторов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Сравнительные характеристики керамических и кварцевых резонаторов

Одной из важнейших характеристик, отличающих керамические резонаторы от кварцевых, является меньшее время нарастания сигнала.

Время нарастания определяется в точке перехода колебаний из переходного в установившееся состояние (после того, как на ИМС подается питание). По методике Ceralock время нарастания определяется как время, необходимое для достижения 90% уровня генерации при установившемся режиме. Начальное напряжение — минимальное напряжение, при котором резонатор будет работать. На значение минимального напряжения влияет вся схема, но главным образом — характеристики ИМС. На рис. 7 показаны графики, отражающие переходные процессы в кварцевом и керамическом резонаторах.

Типовые схемы включения керамических резонаторов представлены на рис. 8 и 9.

Основные серии керамических резонаторов и их особенности

Фирмой Murata выпускается большое количество серий керамических резонаторов, предназначенных для работы как в мегагерцовой, так и килогерцовой части частотного диапазона. Характеристики некоторых из них представлены в таблице 4.

Таблица 4. Технические характеристики керамических резонаторов Murata Ceralock

Серии CSTCC/E/G/R/W. Резонаторы этой серии трехвыводные, имеют малые размеры корпуса и низкий профиль. Предназначены для поверхностного монтажа. Кроме того, серия имеет встроенный внутри корпуса нагрузочный конденсатор, что позволяет уменьшить количество деталей на схеме. При установке резонатора не требуется никаких дополнительных регулировок.

Основные сферы применения: использование в схемах задающих генераторов различных устройств, таких, как видеокамеры, DVD-проигрыватели, CD-ROM, HDD, автомобильная электроника.

Серия CSACV/W. Особенностью серии является наличие широкого частотного диапазона и малые размеры корпуса. При установке не требуется никаких дополнительных регулировок. Сферы применения: тактовые генераторы микропроцессоров, автомобильная электроника. При монтаже необходимо уменьшить избыточное напряжение на корпус элемента.

Серия CSTLS. Трехвыводная, имеет радиальное расположение выводов. Внутри резонатора размещен нагрузочный конденсатор, поэтому не требуется размещения дополнительных элементов на схеме. Серия имеет малый допуск по температурной стабильности в широком диапазоне.

Серия CSALS. Выводная, имеет высокую температурную стабильность, малые размеры корпуса и вес. Резонаторы этой серии устойчивы к вибрационным нагрузкам. Применяются в тактовых генераторах микропроцессоров, мультивибраторах и генераторах гармонических колебаний.

Серия CSBFB. Предназначена для работы в килогерцовой части ВЧ-диапазона. Серия допускает кратковременный перегрев корпуса во время пайки, предназначена для автоматического монтажа, не требует никаких регулировок частоты. Применяется в схемах тактовых генераторов.

Серия CSBLA. Особенности серии: работает в широком температурном интервале. Резонаторы миниатюрны и имеют малый вес, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки. Сферы использования: системы дистанционного управления, генераторы частот, тактовые генераторы.

При монтаже керамических резонаторов необходимо соблюдать тепловой профиль элементов, предписываемый производителем при пайке электронных компонентов, нарушение которого может повлечь за собой необратимые изменения структуры материала или значительно ухудшить его пьезоэлектрические свойства. Рекомендуемый температурный профиль для керамических резонаторов Murata приведен на рис. 10.

Основные тенденции в развитии направления производства керамических резонаторов

Резонаторы Ceralock широко используются в производстве различной радиоэлектронной аппаратуры. Однако, несмотря на это, инженеры компании Murata продолжают совершенствовать и развивать их по следующим направлениям:

1. Уменьшение размеров. Для удовлетворения потребностей рынка Murata разрабатывает новые керамические материалы с использованием других вибрационных режимов, позволяющих получить не только новые рабочие частоты, но и значительно уменьшить габаритные размеры изделия.
2. Уменьшение допусков по частоте. Резонаторы используются в таких сферах, как офисное оборудование и автомобильная промышленность, где обычно не требуется значение малого допуска по частоте. При разработке и производстве керамических резонаторов инженеры компании Murata приближаются к базовому допуску +/–0,1%.
3. Пайка без свинца. В мире постоянно растет обеспокоенность состоянием окружающей среды. Из-за этого в электрической и электронной промышленности происходит переход к пайке без свинца. Не содержащие свинца припои и проводящие пасты — многообещающая замена традиционным припоям, однако они требуют более высоких температур. При их использовании компоненты должны иметь повышенное сопротивление нагреву при пайке, а внешние выводы должны иметь большую электропроводность. Murata уже выпускает множество изделий, удовлетворяющих этим требованиям, и многие будут внедрены в ближайшее время.

При рассмотрении керамических резонаторов Murata видно, что компанией выпускается довольно широкий ассортимент, способный удовлетворить любые требования разработчиков радиоэлектронной аппаратуры. Керамические резонаторы являются достойной заменой кварцевым резонаторам, особенно в тех случаях, когда требуется уменьшить стоимость и размеры изделия.

Перестраиваемый генератор с керамическим резонатором.

Керамические резонаторы мало чем отличаются от своих кварцевых собратьев. Физическое различие заключается лишь в том, что в одних используется явление механического резонанса кварцевого кристалла, а в других — резонанс пьезоэлектрической керамической пластины, слепленной в гончарной мастерской из глины и валяющихся под ногами толчёных минералов.
По параметру стабильности частоты керамика занимает промежуточное место между LC колебательными контурами и кварцевыми резонаторами, но значительно дешевле последних и имеет меньшие габаритные размеры.

Эквивалентная схема керамического резонатора является полным аналогом общепринятой схемы кварцевого резонатора, рассмотренной нами на странице Ссылка на страницу.

Поскольку добротность керамического резонатора примерно на порядок (в 10 раз) ниже, чем у кварца, примерно в такое же количества раз можно увеличить и полосу перестройки генератора построенного на керамике.

С докладом о проделанной работе выступил на странице сайта http://www.srr-moscow.narod.ru почётный член общества московских радиолюбителей Михаил Никитин (RV3AIJ):

Для определения возможного диапазона перестройки по частоте использовалась схема генератора на биполярном транзисторе КТ3102Д, включённого по схеме с общим эмиттером, и керамические резонаторы с тремя выводами на 2, 4, 6, 8, 10 и 12 МГц серии ZTT.
Эти резонаторы имеют два встроенных конденсатора по 30 пФ, как показано на схеме слева.

Диапазон перестройки, кГц

∆F – ширина диапазона перестройки,
Uвыходное – амплитудное значение напряжения на резисторе R4.

Получилась простая схема ГПД не содержащая катушек индуктивности.
Настройка схемы состоит в установке на коллекторе VT1 постоянного напряжения равного половине напряжения питания подбором величины резистора R1 при отключённом резонаторе. Режим эмиттерного повторителя устанавливается автоматически.

Стабильность частоты для генератора собранного на макетной плате составила, для резонатора на 2 МГц — +/- 1 Гц, а для резонатора на 12 МГц – +/- 30 Гц. Для резонаторов на 8 МГц – находилась в диапазоне +/- 3…15 Гц.
Оценка стабильности проводилась через 5 минут после смены резонатора, резонатор вставлялся в панель (без пайки).
Макетная плата не была защищена от воздушных потоков и электромагнитных наводок.

Искажений формы синусоиды на экране осциллографа для частот от 6 до 12 МГц не видно. Для частоты 4 МГц заметно искажение вершины отрицательной полуволны, а для частоты 2 МГц имеется искажение отрицательной полуволны.
Ширина диапазона перестройки достаточна для построения супергетеродинного радиоприёмника или трансивера с перекрытием CW или SSB участков любительских диапазонов при соответствующем выборе промежуточной частоты с кварцевым фильтром.

Эксперименты, проведённые с генератором на трёхвыводном пьезокерамическом резонаторе, показали возможность получения широкого диапазона перестройки его по частоте. Но для использования его как гетеродина необходима большая амплитуда выходного сигнала и её постоянство в пределах диапазона перестройки гетеродина.
Этого можно достигнуть, если использовать для построения генератора цифровую микросхему, на выходе которой будет меандр с постоянной амплитудой, а затем фильтром нижних частот выделить первую гармонику.

На первом элементе микросхемы DD1 собран генератор по стандартной схеме с пьезокерамическим резонатором ZQ1 в цепи обратной связи, который перестраивается по частоте переменным конденсатором C1 КП-180.
Второй элемент микросхемы используется в качестве буферного элемента и два оставшихся элемента DD1 соединены параллельно для увеличения нагрузочной способности гетеродина.

При необходимости выделения из меандра колебаний синусоидальной формы, к выходным элементам микросхемы следует подключить фильтр нижних частот, рассчитанный на частоту среза, равную частоте первой гармоники, и волновое сопротивление 220 Ом.

Перестраиваемый генератор с керамическим резонатором.

Кварцевый резонатор – радиодеталь, использующая пьезоэлектрический эффект. Он характеризуется тем, что под механическим воздействием между противоположными сторонами диэлектрика возникает электрическое поле. Эффект может быть обратным. То есть электрический потенциал может вызывать деформацию тела диэлектрика. Идеальным материалом для резонатора служит минерал – кварц.

Набор резонаторов

Разновидности

Кварцевые радиокомпоненты бывают различных видов, в зависимости от предъявляемых к ним требований. КР разделяют по следующим признакам.

Тип корпуса

1. Объёмные радиокомпоненты.
2. Плоские поверхностные модели.

Материал корпуса

• Металл;
• Стекло;
• Полимер.

Форма прибора

• Диск;
• Цилиндр;
• Прямоугольный параллелограмм.

Количество резонансных систем

1. Одиночная.
2. Двойная.

Защита корпуса

• Герметичная;
• Проницаемая;
• Вакуумная.

Назначение

1. Фильтрация.
2. Генерация.

Свойства кварцевого резонатора

Генератор на транзисторе

Во многих приборах резонансный радиокомпонент является незаменимым элементом. К положительным свойствам КР относятся:

• Хорошая добротность превышает этот показатель аналогичных устройств. Добротность характеризует ширину резонанса, определяющую, во сколько раз запас энергии больше её потери за время изменения фазы на 1 радиан. Кварц достигает значений добротности в 104-106 раз больше, чем эквивалентный колебательный контур.
• Невосприимчивость к перепадам температуры окружающей среды;
• Каскадные фильтры на кварцевых радиодеталях позволяют обходиться без ручной настройки;
• Большой срок службы;
• Простота устройства прибора делает КР доступной деталью на радиорынке.

Кварцевые и керамические резонаторы

Если вам нужна действительно высокая точность и стабильность без дополнительных затрат на микросхему генератора на основе кварцевого резонатора, выбирайте вариант с одиночным кварцевым резонатором. На рынке широко доступны компоненты с допуском менее 20 миллионных долей (т.е. 0,002%). Схема генератора, показанная выше, частично интегрирована в микроконтроллеры, которые поддерживают конфигурацию с отдельным кварцем; вам нужно будет только обеспечить правильные нагрузочные конденсаторы. Общая емкость нагрузки (Cнагр.общ.) указывается в техническом описании на кварцевый резонатор, а нагрузочные конденсаторы выбираются следующим образом:

где Cпар. представляет любую паразитную емкость. Этот расчет на практике довольно прост: выберите разумное значение для Cпар. (скажем, 5 пФ), вычтите его из Cнагр.общ., и затем умножьте результат на два. Таким образом, если техническое описание указывает нагрузочную емкость 18 пФ, мы имеем

\[C_ <нагр.1>= C_ <нагр.2>= (18пФ — 5пФ) \cdot 2 = 26 пФ\]

Керамические резонаторы менее точны, чем кварцевые; допуски обычно составляют от 1000 до 5000 милилонных долей. Они могут сэкономить вам несколько центов, если вам не нужна точность кварца. Но, на мой взгляд, главное преимущество заключается в том, что вы можете получить керамические резонаторы со встроенными нагрузочными конденсаторами.

Принцип работы кварцевого резонатора

Работа устройства основана на пьезоэффекте минеральной пластинки. Её вырезают из массива минерала под определённым углом. Параметр уклона обеспечивает необходимые электрохимические характеристики радиокомпонента.

Пластинку покрывают с обеих сторон драгоценным металлом (в основном серебром). К покрытию минерала припаивают выводные электродные ножки. Конструкцию заключают в герметичный корпус прибора. Прибор представляет собой колебательный контур, который имеет собственную резонансную частоту.

Устройство резонатора

Важно! Переменное напряжение, сообщаемое электродам, заставляет кристалл деформироваться (изгибаться, сжиматься или сдвигаться). Одновременно с этим на его поверхности появляется ЭДС. Когда частота тока совпадает с частотой колебаний кварца, возникает эффект резонанса. В результате увеличивается амплитуда колебаний элемента, и сильно падает величина сопротивления радиодетали.

Обозначение кварцевого резонатора на электросхеме

Схематичное изображение КР похоже на обозначение конденсатора, только между вертикальными линиями помещают прямоугольник. Эта фигура символизирует кварцевую пластинку. Обозначать прибор принято буквами «QX».

Обозначение на схеме кварцевого резонатора

Маркировка рабочей частоты нанесена на корпусе резонатора. Например, 12000 означает, что прибор работает в диапазоне 12 тыс. МГц.

КВАРЦЕВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ GEYER ELECTRONIC

Для правильного выбора кварцевого резонатора необходимо знать основные важные параметры его эквивалентной схемы, которая вместе с основными формулами показана на рисунке 1.

Рис. 1. Эквивалентная схема кварцевого резонатора и основные важные для практики формулы, иллюстрирующие взаимосвязь основных параметров

Как видно из схемы на рисунке 1, из-за наличия емкости С1 резонатор имеет частоту последовательного резонанса fS, а благодаря С0 емкости — частоту параллельного резонанса fP. Величины L1 и C1 зависят от механических свойств кварцевой пластины, а сопротивление R1 характеризует затухание механических колебаний. Значение емкости С0 определяется электродами резонатора и емкостью подводящих проводов. Из формул видно, что частота последовательного резонанса зависит только от строго определенных параметров резонатора L1 и С1, а частота параллельного резонанса изменяется от значительно менее определенной величины межэлектродной емкости С0. Важнейшим параметром кварцевого резонатора является добротность Q (ее называют именно «Q» от первой буквы «Quality factor» или фактор (параметр) качества). С точки зрения электрических параметров кварцевый резонатор ведет себя как колебательный контур с высокой добротностью. Стабильность частоты LC-генераторов в большинстве практических случаев недостаточна. С помощью кварцевых резонаторов практически достижимые значения нестабильности частоты Df/f находятся в пределах от 10…6 до 10…10.

Часто возникает необходимость подстраивать частоту кварцевого резонатора в небольших пределах для достижения требуемого значения частоты. Для этого последовательно с кварцевым резонатором включают регулировочную емкость CL, емкость которого велика по сравнению с С1 (см. рисунок 2).

Рис. 2. Иллюстрация влияния емкости CL на резонансные частоты

При последовательном включении емкости CL изменяется только частота последовательного резонанса. При параллельном подключении конденсатора CL меняет свое значение только частота параллельного резонанса (см. верхнюю часть рисунка 1). Кварцевый резонатор всегда является частью схемы генератора. Сам по себе без усилителя в автогенераторном включении кварц мало интересен. Это означает, что на генерируемую частоту влияют не только параметры резонатора, но и входная цепь усилителя. Зная эквивалентную емкость усилителя, которая, по сути дела, и есть емкость CL, можно точно рассчитать частоту на выходе кварцевого генератора. Именно поэтому при выборе кварцевого резонатора необходимо обращать внимание на величину емкости нагрузки CL, указываемую производителем в технической документации. Примеры графиков, показывающих величину влияния нагрузочной емкости CL на диапазон изменения резонансной частоты, приведены в нижней части рисунка 2. Хорошо видно, что чем больше величина CL, тем меньше диапазон изменения частоты вблизи этого значения емкости. Конечно, для более точного расчета необходимо учитывать и значение емкости C0.

Для формирования частот более 35…40 МГц часто используют колебания третьей, пятой, седьмой и более высоких гармоник кварцевых резонаторов. Эта информация обычно отмечается в документации производителя. Для частот, генерируемых на гармониках, отличающихся от основной, соотношение емкостей C0 и C1 зависит от квадрата номера гармоники (см. формулы в нижней части рисунка 1). Обычно генерация на первой гармонике более устойчива и стабильна, чем на неосновных гармониках (чаще всего используется третья гармоника).

В таблице 1 приведены параметры популярных серий кварцевых резонаторов компании Geyer Electronic для монтажа в отверстия, а в таблице 2 — наиболее популярные серии для поверхностного монтажа.

Таблица 1. Кварцевые резонаторы фирмы Geyer Electronic для монтажа в отверстия

1 Диапазон доступных частот включает сетку стандартных (наиболее распространенных) значений частот. Большинство кварцев на эти частоты всегда поддерживаются на складе, а в случае отсутствия оперативно поставляются со склада Geyer Electronics. Кварцевые резонаторы на уникальные частоты, не входящие в сетку стандартных, также доступны, но имеют больший срок поставки. 2 Кварцевые резонаторы Geyer Electronics выпускаются на диапазоны температур, соответствующие коммерческому, индустриальному или автомобильному (не все серии) применениям. При заказе кварцевого резонатора это учитывается добавлением соответствующих букв после названия серии. Например, для диапазона -20…70°С к названию серии ничего не добавляется, для диапазона -40…85°С добавляется «Т», а для -40…105 добавляется «Е». Пример: KX-49, KX-49T, KX-49E соответственно. Кварцевые резонаторы Geyer Electronics выпускаются на диапазоны температур, соответствующие коммерческому, индустриальному или автомобильному (не все серии) применениям. При заказе кварцевого резонатора это учитывается добавлением соответствующих букв после названия серии. Например, для диапазона -20…70°С к названию серии ничего не добавляется, для диапазона -40…85°С добавляется «Т», а для -40…105 добавляется «Е». Пример: KX-49, KX-49T, KX-49E соответственно. 3 В таблице указаны стандартные величины нагрузочной емкости кварцевого резонатора. В скобках указаны значения емкости, доступные по запросу.

Таблица 2. Кварцевые резонаторы фирмы Geyer Electronic для поверхностного монтажа

1, 2, 3 — см. сноски для таблицы 1.

Эквивалентная электрическая схема

Основным элементом КР является кристалл кварца, который воспроизводит электромеханические колебания. Электронный элемент можно заменить эквивалентной электрической схемой – колебательным контуром с аналогичными параметрами.

Сопротивление эквивалента равно сопротивлению пьезоэлектрического прибора с близкими к резонансу частотами. Последовательно соединённые в одну схему динамические элементы (катушка индуктивности Lk, ёмкость Cx, сопротивление Rk) выстроены совместно с параллельно соединёнными ёмкостями кварца Co и его держателя C1. Эквивалентная электрическая схема имеет численное значение механических колебаний, соответствующее этому параметру у КР.

Эквивалентная схема и график зависимости сопротивления эквивалента от частоты кварцевого резонатора

Электрические параметры

Эквивалентная схема кварцевого резонатора – представляет собой электрическое описание кварцевого резонатора, работающего на резонансной частоте. Эквивалентная схема кварцевого резонатора представлена на рисунке 1. С0 – шунтирующая емкость. R1, L1 и С1 – соответственно динамическое сопротивление, динамическая индуктивность и динамическая емкость. Динамические параметры представляют собой соответствующие эквиваленты резонатора как электромеханической системы и определяются, в основном, характеристиками среза кварцевого элемента.

Будет интересно➡ Что такое геркон и как применяется в быту?

Шунтирующая емкость C0 – Емкость между выводами кристалла. Измеряется в пикофарадах. Шунтирующая емкость складывается из паразитной емкости кварца, емкости области электродов кристалла и емкости, вносимой кристаллодержателем. Шунтирующая емкость имеет значение порядка единиц пФ. Динамическое сопротивление R1 – Параметр, характеризующий энергетические потери в колебательном контуре. Динамическое сопротивление R1 кварцевых резонаторов изменяется в интервале от нескольких Ом до сотен кОм в зависимости от частоты резонанса, номера гармоники и ряда конструктивных факторов.

Набор кварцевых резонаторов.

Как проверить кварцевый резонатор

Резонатор – довольно хрупкий прибор. При резком динамическом воздействии на корпус радиоэлектронного устройства КР может выйти из строя. Это скажется на работе всего аппарата. В этой ситуации мастер должен проверить работу кварцевого резонатора. Делают проверку с помощью тестера, схема которого состоит из транзистора КТ3102, пяти конденсаторов и двух резисторов. Собрать такой тестер даже для рядового радиолюбителя не составит особых трудностей. Как это сделать, видно на рисунке.

Сборка тестера

Выводы резонатора подключают между отрицательным выходом и базой транзистора через защитный конденсатор. По частотомеру определяют величину резонанса. Дополнительно соединяют его вход и выход через конденсатор (частомер). Всю схему запитывают постоянным током напряжением 9 вольт. Если прибор исправен, то на эмиттере транзистора возникает переменное напряжение. При этом частоты тока и прибора совпадают.

Резонатор считают неисправным, если частомер не выдаёт никаких показаний, либо показания отличаются от номинальной характеристики. Повреждённую деталь заменяют новым прибором.

При настройке контуров присутствие ёмкости С1 в тестере обязательно. При проверке КР в схеме контроллера можно обойтись без этой детали.

Обратите внимание! Указанный тестер работает в диапазоне частот 15-20 МГц. Для других частотных интервалов собирают устройства на микросхемах.

Кварцевые резонаторы SMD 5032

Применение

С развитием радиоэлектроники КР нашли своё применение в таких приборах, как:

• кварцевые часы работают на основе эффекта кварцевого резонанса, что позволяет им функционировать с максимальной точностью;
• различные измерительные устройства, оснащённые кварцевыми резонаторами, являются высокоточными приборами;
• морские эхолоты, благодаря кварцевым резонаторам, определяют местонахождение различных объектов на большой глубине под водой (рельеф дна, отмели и разные крупные и мелкие предметы);
• опорные генераторы;
• радиостанции;
• полосовые фильтры радиоприёмников.

Преимущества

Кварцевые резонаторы обладают непревзойдённой точностью метрологических параметров. Высокая эффективность работы вызвала повсеместную замену аналоговых приборов на кварцевые устройства.

Дополнительная информация. Появление нового материала такого, как графен, может в будущем совершенно изменить конструкцию резонатора.

Недостатки

К недостаткам прибора можно отнести тонкость кварцевой пластины, что создаёт риск её повреждения.

Возможные причины выхода из строя

Слабой стороной КР считается непереносимость перегрева. В случае нагрева платы резонатор теряет свои качества и может разрушиться. Учитывая хрупкое крепление кристалла, резонатор нужно уберегать от случайных ударов. В результате резкого толчка кварцевая пластинка может потерять устойчивость и выпасть из рамки.

Область применения кварцевых резонаторов постоянно расширяется. Возможность изготовления радиокомпонентов миниатюрных размеров позволяет использовать их в устройствах небольших габаритов. Широкий ассортимент КР, представленный на радиорынке, даёт возможность подобрать нужную модель устройства по доступной цене.

Керамический резонатор что это: Керамические резонаторы

Керамический резонатор представляет собой электронный компонент , состоящий из куска пьезоэлектрического керамического материала с двумя или более металлических электродов , прикрепленных. При включении в цепь электронного генератора резонансные механические колебания в устройстве генерируют колебательный сигнал определенной частоты . Как и аналогичный кварцевый кристалл , они используются в генераторах для таких целей, как генерация тактового сигнала, используемого для управления синхронизацией в компьютерах и других цифровых логических устройствах, или генерации несущего сигнала в аналоговых радиопередатчиках и приемниках.

Керамические резонаторы изготавливаются из высокостабильной пьезокерамики , обычно из титаната свинца-циркония ( PZT ), который действует как механический резонатор . В процессе работы механические колебания вызывают колебательное напряжение в прикрепленных электродах из-за пьезоэлектричества материала. Толщина керамической подложки определяет резонансную частоту устройства.

Пакеты

Типичный корпус керамического резонатора имеет два или три подключения . Двухконтактные устройства обычно являются самими резонаторами, тогда как трех-, а иногда и четырехконтактными устройствами являются фильтры, часто используемые в радиостанциях AM и FM, а также во многих других радиочастотных приложениях. Они бывают как для поверхностного монтажа, так и для сквозного монтажа с различными посадочными местами. Колебания происходят между двумя контактами (соединениями). Третий контакт (если имеется; обычно центральный контакт) подключен к земле .

Приложения

Керамические резонаторы могут использоваться в качестве источника тактового сигнала для цифровых схем, таких как микропроцессоры, где точность частоты не критична. Кварц имеет допуск по частоте 0,001%, а PZT — 0,5%.

Они используются в схемах синхронизации для широкого спектра приложений, таких как телевизоры, видеомагнитофоны, автомобильные электронные устройства, телефоны, копировальные устройства, камеры, синтезаторы голоса, коммуникационное оборудование, пульты дистанционного управления и игрушки.

Достижимый диапазон более низкой добротности и более высокой частоты может быть полезен при использовании кварцевых генераторов с температурной компенсацией TCXO . Частоту генератора можно «тянуть» в более широком диапазоне, чем у высокодобротного кристалла. Это позволяет более широкий диапазон регулировок, что может быть критичным для устройств, работающих при экстремальных (особенно низких) температурах, когда собственная температурно-частотная зависимость кристалла может вывести его за пределы допустимого диапазона для желаемой частоты.

Керамические фильтры

Керамические резонаторы похожи на керамические фильтры. Керамические фильтры часто используется в IF этапов в супергетеродинных приемниках. Первоначально керамические фильтры использовались в качестве очень недорогих фильтров для радиоприемников вещания, как средневолновых комплектов с типичной ПЧ 455 кГц, так и радиовещательных комплектов ЧМ с каскадами ПЧ около 10,7 МГц. Однако, поскольку производительность значительно улучшилась, они также используются во многих других радиочастотных приложениях.

Смотрите также

Ссылки

Резонатор — Resonator — qaz.wiki

Устройство или система, демонстрирующая резонанс

Резонатор представляет собой устройство или система , которая проявляет резонанс или резонансное поведение. То есть, он естественно колеблется с большей амплитудой на некоторых частотах , называемых резонансными частотами , чем на других частотах. Колебания в резонаторе могут быть как электромагнитными, так и механическими (в том числе акустическими ). Резонаторы используются либо для генерации волн определенных частот, либо для выбора определенных частот из сигнала. Музыкальные инструменты используют акустические резонаторы, которые создают звуковые волны определенного тона. Другой пример — кристаллы кварца, используемые в электронных устройствах, таких как радиопередатчики и кварцевые часы, для создания колебаний очень точной частоты.

Стоячая волна в прямоугольном объемном резонаторе

Резонатор является тот , в котором существует волны в полом пространстве внутри устройства. В электронике и радио микроволновые резонаторы, состоящие из полых металлических коробок, используются в микроволновых передатчиках, приемниках и испытательном оборудовании для управления частотой вместо настроенных схем, которые используются на более низких частотах. Акустические объемные резонаторы, в которых звук создается за счет вибрации воздуха в полости с одним отверстием, известны как резонаторы Гельмгольца .

Объяснение

Физическая система может иметь столько резонансных частот, сколько степеней свободы ; каждая степень свободы может колебаться как гармонический осциллятор . Системы с одной степенью свободы, такие как груз на пружине, маятники , балансиры и LC-контуры, имеют одну резонансную частоту. Системы с двумя степенями свободы, такие как связанные маятники и резонансные трансформаторы, могут иметь две резонансные частоты. Кристаллическая решетка состоит из N атомов , связанных друг с другом может иметь N резонансные частоты. По мере увеличения числа связанных гармонических осцилляторов время, необходимое для передачи энергии от одного к другому, становится значительным. Колебания в них начинают перемещаться по связанным гармоническим осцилляторам волнами от одного осциллятора к другому.

Термин « резонатор» чаще всего используется для обозначения однородного объекта, в котором колебания распространяются как волны с приблизительно постоянной скоростью, отскакивая назад и вперед между сторонами резонатора. Материал резонатора, через который проходят волны, можно рассматривать как состоящий из миллионов связанных движущихся частей (например, атомов). Следовательно, они могут иметь миллионы резонансных частот, хотя только некоторые из них могут использоваться в практических резонаторах. Противоположно движущиеся волны интерферируют друг с другом, и на своих резонансных частотах усиливают друг друга, создавая картину стоячих волн в резонаторе.

Если скорость волны равна , частота будет такой, что резонансные частоты будут: c<\ displaystyle c \,>жзнак равноc/λ<\ Displaystyle е = с / \ лямбда \,>

Таким образом, резонансные частоты резонаторов, называемые нормальными модами , представляют собой равномерно распределенные кратные ( гармоники ) самой низкой частоты, называемой основной частотой .

Электромагнетизм

Резонансные схемы

Электрическая цепь, состоящая из дискретных компонентов, может действовать как резонатор, если включены как индуктор, так и конденсатор . Колебания ограничиваются включением сопротивления либо через определенный компонент резистора , либо за счет сопротивления обмоток индуктора. Такие резонансные контуры также называются RLC-контурами после обозначений контуров для компонентов.

С распределенными параметрами резонатор имеет емкость, индуктивность и сопротивление , которые не могут быть выделены в отдельные сосредоточенными конденсаторы, катушки индуктивности, или резисторов. Примером этого, часто используемым при фильтрации , является спиральный резонатор .

Индуктор , состоящий из катушки проволоки, является собственной резонансной частоте при определенной частоте из — за паразитной емкости между ее витками. Часто это нежелательный эффект, который может вызвать паразитные колебания в радиочастотных цепях. Саморезонанс катушек индуктивности используется в некоторых схемах, таких как катушка Тесла .

Полостные резонаторы

Резонатор представляет собой полый замкнутый проводник , например, металлическую коробку или полость внутри металлического блока, содержащего электромагнитные волны (радиоволн) , отражающие взад и вперед между стенками резонатора. Когда применяется источник радиоволн на одной из резонансных частот полости , противоположно движущиеся волны образуют стоячие волны , а полость накапливает электромагнитную энергию.

Поскольку самая низкая резонансная частота полости, основная частота, равна той, при которой ширина полости равна половине длины волны (λ / 2), объемные резонаторы используются только на микроволновых частотах и ​​выше, где длины волн достаточно короткие, чтобы полость удобна небольшого размера.

Из-за низкого сопротивления проводящих стенок объемные резонаторы имеют очень высокую добротность ; то есть их полоса пропускания , диапазон частот вокруг резонансной частоты, на которой они будут резонировать, очень узок. Таким образом, они могут действовать как узкополосные фильтры . Полостные резонаторы широко используются в качестве элемента, определяющего частоту в микроволновых генераторах . Их резонансную частоту можно настраивать, перемещая одну из стенок полости внутрь или наружу, изменяя ее размер.

Иллюстрация электрического и магнитного поля одной из возможных мод в объемном резонаторе.

Полостной магнетрон

Магнетрон полость представляет собой вакуумную трубку с нитью в центре вакуумированной, лопастные, кругового резонатора. Перпендикулярное магнитное поле создается постоянным магнитом. Магнитное поле заставляет электроны, притянутые к (относительно) положительной внешней части камеры, двигаться по спирали наружу по круговой траектории, а не двигаться непосредственно к этому аноду. По краю камеры расположены цилиндрические полости. Полости открыты по своей длине и поэтому соединяются с общим пространством полостей. Когда электроны проходят мимо этих отверстий, они создают резонансное высокочастотное радиополе в полости, которое, в свою очередь, заставляет электроны группироваться в группы. Часть этого поля извлекается с помощью короткой антенны, подключенной к волноводу (металлической трубке обычно прямоугольного сечения). Волновод направляет Извлеченную радиочастотную энергию к нагрузке, которая может быть варочной камерой в микроволновой печи или высокой антенну усиления в случае радиолокации.

Клистрона

Клистрона , трубки волновод, является лучевой трубкой содержит по меньшей мере два перфорированных резонаторов. Пучок заряженных частиц последовательно проходит через отверстия резонаторов, часто перестраиваемые решетки отражения волн. Коллекторный электрод предназначен для перехвата луча после прохождения через резонаторы. Первый резонатор вызывает группировку проходящих через него частиц. Сгруппированные частицы перемещаются в области, свободной от поля, где происходит дальнейшая группировка, затем сгруппированные частицы попадают во второй резонатор, отдавая свою энергию, чтобы вызвать колебания. Это ускоритель частиц, который работает в сочетании со специально настроенным резонатором в зависимости от конфигурации структур.

Рефлекс клистрон является клистроном , используя только одну перфорированный резонатор , через которую пучок заряженных частиц проходит, сначала в одном направлении. Отталкивающий электрод предназначен для отражения (или перенаправления) луча после прохождения через резонатор обратно через резонатор в другом направлении и в правильной фазе для усиления колебаний, возникающих в резонаторе.

Применение в ускорителях частиц

На канале пучка ускорительной системы есть специальные секции, которые являются объемными резонаторами для ВЧ . (Заряженные) частицы, которые должны быть ускорены, проходят через эти полости таким образом, что микроволновое электрическое поле передает энергию частицам, тем самым увеличивая их кинетическую энергию и тем самым ускоряя их. Некоторые крупные ускорительные установки используют сверхпроводящие ниобиевые полости для улучшения характеристик по сравнению с металлическими (медными) полостями.

Петлевой резонатор

Петли зазор резонатор (ЛГР> изготовлен путем разрезания узкой щели вдоль длиной проводящей трубы. Щель имеет эффективную емкость и отверстие резонатора имеет эффективную индуктивность. Таким образом, ЛГРЫ могут быть смоделирована как RLC цепи и имеет резонансную частоту, которая обычно составляет от 200 МГц до 2 ГГц.При отсутствии потерь на излучение эффективное сопротивление LGR определяется удельным сопротивлением и глубиной электромагнитного скин-слоя проводника, используемого для создания резонатора.

Одним из ключевых преимуществ LGR является то, что на его резонансной частоте его размеры малы по сравнению с длиной волны электромагнитных полей в свободном пространстве. Следовательно, можно использовать LGR для создания компактного резонатора с высокой добротностью, который работает на относительно низких частотах, где объемные резонаторы были бы непрактично большими.57.JPG» />

Диэлектрические резонаторы

Если кусок материала с большой диэлектрической проницаемостью окружен материалом с гораздо более низкой диэлектрической проницаемостью, то это резкое изменение диэлектрической проницаемости может вызвать ограничение электромагнитной волны, что приводит к резонатору, который действует аналогично объемному резонатору.

Резонаторы линии передачи

Линии передачи — это конструкции, которые позволяют широкополосную передачу электромагнитных волн, например, на радио- или микроволновых частотах. Резкое изменение импеданса (например, обрыв или короткое замыкание) в линии передачи вызывает отражение передаваемого сигнала. Два таких отражателя на линии передачи вызывают между собой стоячие волны и, таким образом, действуют как одномерный резонатор, резонансные частоты которого определяются их расстоянием и эффективной диэлектрической проницаемостью линии передачи. Распространенной формой является резонансный шлейф , отрезок линии передачи, оканчивающийся коротким замыканием или разомкнутой цепью, соединенный последовательно или параллельно с основной линией передачи.

Резонаторы плоских линий передачи обычно используются для копланарных , полосковых и микрополосковых линий передачи. Такие планарные резонаторы линии передачи могут быть очень компактными по размеру и широко используются в СВЧ схемах. В криогенных исследованиях твердого тела сверхпроводящие резонаторы линии передачи вносят вклад в твердотельную спектроскопию и квантовую информатику.

Оптические резонаторы

В лазере свет усиливается в объемном резонаторе, который обычно состоит из двух или более зеркал. Таким образом, оптическая полость , также известная как резонатор, представляет собой полость, стенки которой отражают электромагнитные волны (то есть свет ). Это позволяет режимам стоячей волны существовать с небольшими потерями.

Механический

Механические резонаторы используются в электронных схемах для генерации сигналов точной частоты . Например, пьезоэлектрические резонаторы , обычно сделанные из кварца , используются в качестве эталона частоты. Обычные конструкции состоят из электродов, прикрепленных к куску кварца, в форме прямоугольной пластины для высокочастотных применений или в форме камертона для низкочастотных применений. Высокая стабильность размеров и низкий температурный коэффициент кварца помогает поддерживать постоянную резонансную частоту. Кроме того, пьезоэлектрические свойства кварца преобразуют механические колебания в колебательное напряжение , которое улавливается присоединенными электродами. Эти кварцевые генераторы используются в кварцевых часах и часах для создания тактового сигнала, который запускает компьютеры, и для стабилизации выходного сигнала радиопередатчиков . Механические резонаторы также могут быть использованы для создания стоячей волны в других средах. Например, система с множеством степеней свободы может быть создана путем наложения основного возбуждения на консольную балку. В этом случае на балку накладывается стоячая волна . Этот тип системы может быть использован в качестве датчика для отслеживания изменений в частоте или фазе на резонансе волокна. Одно из приложений — это измерительный прибор для метрологии размеров .

Акустический

Наиболее известные примеры акустических резонаторов — музыкальные инструменты . У каждого музыкального инструмента есть резонаторы. Некоторые из них генерируют звук напрямую, например, деревянные прутья ксилофона , головка барабана , струны в струнных инструментах и трубы в органе . Некоторые модификации звука путем усиления конкретных частот, например, звуковой ящик с на гитаре или скрипке . Органные трубы , корпуса деревянных духовых инструментов и звуковые ящики струнных инструментов являются примерами объемных акустических резонаторов.

Автомобили

Выхлопные трубы в автомобильных выхлопных системах сконструированы как акустические резонаторы, которые работают вместе с глушителем для уменьшения шума, заставляя звуковые волны «нейтрализовать друг друга». «Нота выхлопа» — важная особенность для некоторых владельцев автомобилей, поэтому как оригинальные производители, так и сторонние поставщики используют резонатор для улучшения звука. В « настроенных выхлопных » системах, разработанных для повышения производительности, резонанс выхлопных труб также можно использовать для удаления продуктов сгорания из камеры сгорания при определенной частоте вращения двигателя или диапазоне скоростей.

Ударные инструменты

Во многих ударных клавишных инструментах под центром каждой ноты находится трубка, которая является резонатором акустической полости . Длина трубки изменяется в зависимости от высоты звука, при этом более высокие ноты имеют более короткие резонаторы. Трубка открыта в верхнем конце и закрыта в нижнем, создавая столб воздуха, который резонирует при ударе по ноте. Это добавляет нотке глубины и объема. В струнных инструментах корпус инструмента представляет собой резонатор. Тремоло эффект вибрафон достигается с помощью механизма , который открывает и закрывает резонаторы.

Струнные инструменты

Струнные инструменты, такие как банджо из мятлика, также могут иметь резонаторы. Многие пятиструнные банджо имеют съемные резонаторы, поэтому игроки могут использовать инструмент с резонатором в стиле мятлика или без него в стиле народной музыки . Термин резонатор , используемый сам по себе, может также относиться к резонаторной гитаре .

Современная десятиструнная гитара , изобретенная Нарцисо Йепесом , добавляет к традиционной классической гитаре четыре резонатора с резонатором. Настроив эти резонаторы очень специфическим образом (C, B, A ♭, G) и используя их самые сильные частичные (соответствующие октавам и квинтам основного тона струн), басовые струны гитары теперь резонируют одинаково с любым из 12 тонов хроматической октавы. Гитара резонатор представляет собой устройство для приведения в движение гитарной струны гармоники с помощью электромагнитного поля. Этот резонансный эффект вызван петлей обратной связи и применяется для приведения основных тонов, октав, пятой и третьей частоты к бесконечному сустейну .

Смотрите также

Ссылки и примечания

внешние ссылки

Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Кварцевый резонатор – это радиоэлемент, который используется в радиотехнических цепях для генерации электрических колебаний. В этой статье мы подробно рассмотрим и развенчаем некоторые мифы, связанные с кварцевым резонатором, а также рассмотрим схемы на его основе.

Пьезоэлектрики

На самом деле, кварц – это один из самых распространенных минералов в земной коре. Его доля составляет около 60%! Если полупроводниковые радиокомпоненты в основном делают из кремния, то кварц тоже состоит из кремния но в связке с кислородом. Его химическая формула SiO₂.

Выглядит минерал кварц примерно вот так.

Ну прямо как сокровище какое-то! Но ценность этого сокровища спрятана не в самом кварце, а в том, каким свойством он обладает. И этот эффект кварца сделал революцию в прецизионной (точной) электронике для генерации высокостабильных колебаний электрического сигнала.

Еще в 19 веке два брата Кюри обнаружили интересное свойство некоторых твердых кристаллов генерировать ЭДС , деформируя эти кристаллы. Деформация – это изменение формы какого-либо тела с помощью кручения, удара, растяжения и так далее. Так вот, ударяя по таким кристаллам, они обнаружили, что те могут выдавать какое-либо кратковременное напряжение.

Но они также обнаружили еще и обратный эффект. При подаче напряжения на такие кристаллы, эти кристаллы деформировались сами. Невооруженным глазом это было практически не заметно. Такой эффект назвали пьезоэффектом, а вещества – пьезоэлектриками.

Следует заметить, что ЭДС возникает только в процессе сжатия или растяжения. Может быть вы подумали, что можно прижать такой кристалл какой-нибудь увесистой болванкой и всю жизнь получать из него энергию? Как бы не так! Кстати, радиоэлемент пьезоизлучатель тоже относится к пьезоэлектрикам, и из него можно получить ЭДС. Ниже можно рассмотреть этот случай на видео. Светодиод, подпаянный к пьезоизлучателю, зажигается при ударе самого пьезоизлучателя.

Не так давно смотрел фильм по National Geographic. Там целые пьезоэлектрические плиты устанавливали на дороге. По ним ходили люди и вырабатывали электрическую энергию, сами того не подозревая). Кстати, очень халявная, чистая и возобновляемая энергия. Ладно, что-то отвлекся… Так вот, кристаллы кварца тоже обладают пьезоэффектом и способны также вырабатывать ЭДС или деформироваться (изгибаться, изменять форму) под воздействием электрического тока.

Кварцевый резонатор

Что представляет из себя кварцевый резонатор

В настоящее время выявлены множество видов кристаллических веществ, но в электронике больше всего используют именно минералы кварца, так как он помимо того, что является пьезоэлетриком, так еще и обладает хорошей механической прочностью.

Резонатор – (от лат. resono – звучу в ответ, откликаюсь) – это система, которая способна совершать колебания с максимальной амплитудой, то есть резонировать, при воздействии внешней силы определенной частоты и формы. Получается, кварцевый резонатор в электронике, а в народе просто “кварц”, – это радиоэлемент, который способен резонировать, если на него подать переменный ток определенной частоты и формы.

Кварцевые резонаторы выглядят примерно так.

виды кварцевых резонаторов

Кварц является диэлектриком. А что будет если тонкий диэлектрик разместить между двумя металлическими пластинами? Получится конденсатор! Конденсатор получается очень маленькой емкости, так что замерить его емкость вряд ли получится. Зато не стали мудрить со схемотехническим обозначением кварца, и на схемах его показывают как прямоугольный кусочек кристалла, заключенный между двумя пластинками конденсатора.

обозначение на схеме кварцевого резонатора

Разобрав кварцевый резонатор, мы можем увидеть воочию сам кристалл кварца. Давайте вскроем кварц советского производства вот в таком корпусе.

Здесь мы видим прозрачный кристалл кварца, размещенный между двумя металлическими пластинками, к которым подпаяны выводы.

что внутри кварцевого резонатора

В маленьких кварцах типа этих

используются тонкие прямоугольные пластинки кварца. Физический размер и толщина кварцевой пластинки внутри кварцевого резонатора строго должна соблюдаться, так как именно ее габаритные размеры влияют на основную частоту колебаний. Здесь правило такое: чем больше толщина пластинки, тем ниже рабочая частота кварца. Поэтому, самые высокие частоты, на которые делают кварцы, составляет не более 50 МГц, так как пластинка получается очень тонкая, что создает трудности при ее изготовлении. Да и держать ее как-то надо в корпусе, не поломав. По идее, можно выжать из кварца частоту и до 200 МГц, но работать такой кварц будет на обертоне.

Обертоны кварцевого резонатора

Обертоны, или как еще их называют, моды или гармоники – это кратные частоты, выше основной частоты кварца. С помощью фильтров гасят основную частоту кварца и выделяют обертон. В кварцевом резонаторе в режиме обертонов используют нечетные обертоны. Если основная частота кварца F – это первый обертон, то его рабочие обертоны будут как 3F, 5F, 7F, 9F. Стоит также отметить, что амплитуда обертона убывает с ростом его частоты, поэтому, далее 9 обертона смысла брать уже нет, так как выделять амплитуду маленького сигнала очень проблематично.

Пример: возьмем кварц с частотой в 10 Мегагерц. Тогда мы можем возбудить его на обертонах в 30 Мегагерц (третий обертон), в 50 Мегагерц (пятый обертон), в 70 Мегагерц (седьмой обертон) и максимум в 90 Мегагерц (девятый обертон).

Чтобы хоть как-то понять, что такое обертоны, для примера послушайте основную частоту 110 Герц и ее обертоны.

Схема, которая возбуждает кварц на обертонах, сложная и не очень надежная, так как во-первых, надо “давить” главную частоту кварца и выделять обертон, а во-вторых, кварц может возбудиться в режиме случайных колебаний. На практике все-таки делают схемы с умножением главной частоты кварца, что намного проще и надежнее. Здесь также есть еще одно правило: если частота маркируется в целых числах в Килогерцах – это работа на основной гармонике, а если в Мегагерцах через запятую – это обертонная гармоника. Например: РГ-05-18000кГц – резонатор для работы на основной частоте, а РГ-05-27,465МГц – для работы на 3-ем обертоне.

Последовательный и параллельный резонанс кварца

Очень много мифов ходит по интернету именно о кварцевом резонаторе. Самый популярный миф гласит так: если подать постоянное напряжение на кварцевый резонатор, он будет выдавать переменное напряжение с частотой, которая на нем указана. Насчет “частоты, указанной на нем”, я, может быть, соглашусь, но насчет постоянного напряжения – увы. Кристалл кварца просто сожмется или разожмется). Некоторые вообще до сих пор думают, что кварц сам по себе выдает переменный ток ). Ага, прям вечный двигатель).

Для того, чтобы понять принцип работы кварцевого резонатора, надо рассмотреть его эквивалентную схему:

эквивалентная схема кварцевого резонатора

С – это собственно емкость между обкладками конденсатора. То есть если убрать кристалл кварца, то останутся две пластины и их выводы. Именно они и обладают этой емкостью.

С1 – это эквивалетная емкость самого кристалла. Ее значение несколько фемтоФарад. Фемто – это 10 -15 !

L1 – это эквивалентная индуктивность кристалла.

R1 – динамическое сопротивление, при работе кварца может достигать от нескольких Ом и до нескольких КОм

Можно заметить, что С1, L1 и R1 образуют последовательный колебательный контур, который обладает своей резонансной частотой.

последовательный колебательный контур

Резонансная частота такого контура вычисляется по формуле

формула последовательного резонанса кварцевого резонатора

Но все бы хорошо, но как видите, есть еще в эквивалентной схеме кварцевого резонатора один увесистый конденсатор С, который портит всю малину.

Вся эта схема превращается в сложный параллельный колебательный контур. Резонансная частота такого контура уже будет определяться формулой

формула параллельного резонанса кварцевого резонатора

Поэтому, запомните: каждый кварцевый резонатор может возбуждаться на двух резонансных частотах. На частоте последовательного резонанса и на частоте параллельного резонанса. Если мы видим на кварце вот такую надпись

частота кварцевого резонатора

это говорит нам о том, что частота последовательного резонанса для этого кварцевого генератора составляет 8 МГц. Кварцевые резонаторы в электронике работают именно на частоте последовательного резонанса. На своей практике не припомню, чтобы кто-то возбуждал кварц для работы на частоте параллельного резонанса.

Часовой кварцевый резонатор

Чаще всего часовой кварц выглядит вот так.

“Что еще за часовой кварц?” – спросите вы. Часовой кварц – это кварц с частотой в 32 768 Герц. Почему на нем такая странная частота? Дело все в том, что 32 768 это и есть 2 15 . Такой кварц работает в паре с 15-разрядной микросхемой-счетчиком. Это наша микросхема К176ИЕ5.

Принцип работы этой микросхемы такой: после того, как она сосчитает 32 768 импульсов, на одной из ножек она выдает импульс. Этот импульс на ножке с кварцевым резонатором на 32 768 Герц появляется ровно один раз в секунду. А как вы помните, колебание один раз в секунду – это и есть 1 Герц. То есть на этой ножке импульс будет выдаваться с частотой в 1 Герц. А раз это так, то почему бы не использовать это в часах? Отсюда и пошло название – часовой кварц.

В настоящее время в наручных часах и других мобильных гаджетах этот счетчик и кварцевый резонатор встроены в одну микросхему и обеспечивают не только счет секунд, но и целый ряд других функций, типа будильника, календаря и тд. Такие микросхемы называется RTC (Real Time Clock) или в переводе с буржуйского Часы Реального Времени.

Кварцевый генератор

Что такое генератор? Генератор – это по сути устройство, которое преобразует один вид энергии в другой. В электронике очень часто можно услышать словосочетание “генератор электрической энергии, генератор частоты, генератор функций ” и тд.

Кварцевый генератор представляет из себя генератор частоты и имеет в своем составе кварцевый резонатор. В основном кварцевые генераторы бывают двух видов:

те, которые могут выдавать синусоидальный сигнал

и те, которые выдают прямоугольный сигнал, который чаще всего используется в цифровой электронике.

Схема Пирса

Для того, чтобы возбудить кварц на частоте резонанса, нам надо собрать схему. Самая простая схема для возбуждения кварца – это классический генератор Пирса, который состоит всего лишь из одного полевого транзистора и небольшой обвязки из четырех радиоэлементов:

схема пирса для кварцевого резонатора

Пару слов о том как работает схема. В схеме есть положительная обратная связь и в ней начинают возникать автоколебания. Но что такое положительная обратная связь?

В школе всем вам ставили прививки на реакцию Манту, чтобы определить, если у вас тубик или нет. Через некоторое время приходили медсестры и линейкой замеряли вашу реакцию кожи на эту прививку

Когда ставили эту прививку, нельзя было чесать место укола. Но мне, тогда еще салаге, было по барабану. Как только я начинал тихонько чесать место укола, мне хотелось чесать еще больше)) И вот скорость руки, которая чесала прививку, у меня замерла на каком-то пике, потому что совершать колебания рукой у меня максимум получалось с частотой Герц в 15. Прививка набухала на пол руки)) И даже один раз меня водили сдавать кровь в подозрении на туберкулез, но как оказалось, не нашли. Оно и неудивительно ;-).

Так что это я вам тут рассказываю хохмы из жизни? Дело в том, что эта чесотка прививки самая что ни на есть положительная обратная связь. То есть пока я ее не трогал, чесать не хотелось. Но как только тихонько почесал, стало чесаться больше и я стал чесать больше, и чесаться стало еще больше и тд. Если бы на мою руку не было физический ограничений, то наверняка, место прививки уже бы стерлось до мяса. Но я мог махать рукой только с какой-то максимальной частотой. Так вот, такой же принцип и у кварцевого генератора ;-). Чуть подал импульс, и он начинает разгоняться и уже останавливается только на частоте параллельного резонанса ;-). Скажем так, “физическое ограничение”.

Первым делом нам надо подобрать катушку индуктивности. Я взял тороидальный сердечник и намотал из провода МГТФ несколько витков

тороидальная катушка индуктивности

Весь процесс контролировал с помощью LC-метра, добиваясь номинала, как на схеме – 2,5 мГн. Если не доставало, прибавлял витки, если перебарщивал номинал, то убавлял. В результате добился вот такой индуктивности.

Транзистора у меня в загашнике не нашлось, и в местном радиомагазине его тоже не было. Поэтому, пришлось заказывать на Али. Кому интересно, брал здесь.

Его правильное название: транзистор полевой с каналом N типа.

транзистор 2n5485Распиновка слева-направо: Сток – Исток – Затвор

Ну а дальше дело за малым. Собираем схемку:

Небольшое лирическое отступление.

Как вы видите, я пытался максимально сократить связи между радиоэлементами. Дело все в том, что все радиоэлементы имеют свои паразитные параметры. Чем длиннее их выводы, а также провода, соединяющие эти радиоэлементы в схеме, тем хуже будет работать схема, а то и вовсе “не зафурычит”. Да и вообще, схемы с кварцевым резонатором на печатных платах трассируют не просто так от балды. Здесь есть свои тонкие нюансы. Мельчайшие паразитные параметры могут испоганить весь сигнал на выходе такого генератора.

Итак, кварцевый генератор мы собрали, напряжение подали, осталось только снять сигнал с выхода нашего самопального генератора. За дело берется цифровой осциллограф OWON SDS6062

Первым делом я взял кварц на самую большую частоту, которая у меня есть: 32 768 Мегагерц. Не путайте его с часовым кварцем (о нем пойдет речь ниже).

Не, ну а что вы хотели? Хотели увидеть идеальную синусоиду? Не тут-то было. Сказались паразитные параметры плохо собранной схемы и монтажа.

Внизу в левом углу осциллограф нам показывает частоту:

Как вы видите 32,77 Мегагерц. Главное, что наш кварц живой и схемка работает!

Давайте возьмем кварц с частотой 27 МГц.

Частоту тоже более-менее показал верно.

Ну и аналогично проверяем все остальные кварцы, которые у меня есть.

Вот осциллограмма кварца на 16 МГц.

Осциллограф показал частоту ровно 16 МГц.

Здесь поставил кварц на 6 МГц.

Ну и возьмем еще советский на 1 Мегагерц. Вот так он выглядит.

Сверху написано 1000 КГц = 1МГц.

При большом желании можно даже замерять частоту китайским генератором-частотомером.

измерение частоты частотомером

400 Герц погрешность для старенького советского кварца не очень и много, хотя дело может быть даже не кварце, а в самом частотомере.

Схема Пирса для прямоугольного сигнала

Итак, вернемся к схеме Пирса. Предыдущая схема Пирса генерирует синусоидальный сигнал

Но также есть видоизмененная схема Пирса для прямоугольного сигнала

схема Пирса для меандра

Номиналы некоторых радиоэлементов можно менять в достаточно широком диапазоне. Например, конденсаторы С1 и С2 могут быть в диапазоне от 10 и до 100 пФ. Тут правило такое: чем меньше частота кварца, тем меньше должна быть емкость конденсатора. Для часовых кварцев конденсаторы можно поставить номиналом в 15-18 пФ. Если кварц с частотой от 1 до 10 Мегагерц, то можно поставить 22-56 пФ. Если не хотите заморачиваться, то просто поставьте конденсаторы емкостью в 22 пФ. Точно не прогадаете.

Также небольшая фишка на заметку: меняя значение конденсатора С1 можно настраивать частоту резонанса в очень тонких пределах.

Резистор R1 можно менять от 1 и до 20 МОм, а R2 от нуля и до 100 кОм. Тут тоже есть правило: чем меньше частота кварца, тем больше значение этих резисторов и наоборот.

Максимальная частота кварца, которую можно вставить в схему, зависит от быстродействия инвертора КМОП. Я взял микросхему 74HC04. Она не слишком быстродействующая. Состоит из шести инверторов, но использовать мы будем только один инвертор.

Вот ее распиновка:

Подключив к этой схеме часовой кварц, осциллограф выдал вот такую осциллограмму:

Ну как всегда всю картинку испортили паразитные параметры монтажа. Но, обратите внимание на частоту. Осциллограф почти верно ее показал с небольшой погрешностью. Ну оно и понятно, так как главная функция осциллографа отображать сигнал, а не считать частоту)

Кстати, вам эта часть схемы ничего не напоминает?

Не эта ли часть схемы используется для тактирования микроконтроллеров?

Она самая! Просто недостающие элементы схемы уже есть в самом МК ��

Схема Колпитца

Это также довольно распространенная и знаменитая схема.

За основу взять схема усилителя с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Здесь все как обычно. Резисторы R1 и R2 устанавливают рабочую точку для транзистора. Резистор R_E устанавливает уровень выходного напряжения. Транзистор NPN 2N4265 может работать на частотах до 100 МГц, поэтому его и взяли. Эта схема будет работать с кварцами в диапазоне от 1 и до 5 МГц.

Готовые модули кварцевых генераторов

В настоящее время кварцевые генераторы выпускают в виде законченных модулей. Некоторые фирмы, производящие такие генераторы, достигают частотной стабильности до 10 -11 от номинала! Выглядят готовые модули примерно так:

виды кварцевых генераторов

Такие модули кварцевых генераторов в основном имеют 4 вывода. Вот распиновка квадратного кварцевого генератора:

распиновка кварцевого генератора

Давайте проверим один из них. На нем написано 1 МГц

кварцевый генератор на 1 МГц

Вот его вид сзади.

Подавая постоянное напряжение от 3,3 и до 5 Вольт плюсом на 8, а минусом на 4, с выхода 5 я получил чистый ровный красивый меандр с частотой, написанной на кварцевом генераторе, то бишь 1 Мегагерц, с очень небольшими выбросами.

сигнал с кварцевого генератора

Ну прям можно залюбоваться).

Да и китайский генератор-частотомер показал точную частоту.

Отсюда делаем вывод: лучше купить готовый кварцевый генератор, чем самому убивать кучу времени и нервов на наладку схемы Пирса или Колпитца. Схема Пирса будет пригодна для проверки резонаторов и для ваших различных самоделок, хотя на Алиэкспрессе встречал готовый проверяльщик кварцевых резонаторов, способный замерять частоту кварцев от 1 и до 50 МГц. Посмотреть можете по этой ссылке.

Плюсы кварцевых генераторов

Плюсы кварцевых генераторов частоты – это высокая частотная стабильность. В основном это 10 -5 – 10 -6 от номинала или, как часто говорят, ppm (от англ. parts per million) — частей на миллион, то есть одна миллионная или числом 10 -6 . Отклонение частоты в ту или иную сторону в кварцевом генераторе в основном связано с изменением температуры окружающей среды, а также со старением кварца. При старении кварца, частота кварцевого генератора стает чуточку меньше с каждым годом примерно на 1,8х10 -7 от номинала. Если, скажем, я взял кварц с частотой в 10 Мегагерц ( 10 000 000 Герц) и поставил его в схему, то за год его частота уйдет примерно на 2 Герца в минус �� Думаю, вполне терпимо.

Пьезоэлектрические резонаторы | АО Пьезо

Общие сведения о пьезоэлектрических резонаторах

Пьезоэлектрические резонаторы являются пассивными компонентами радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и предназначены для использования в аналоговых цепях для стабилизации и выделения электрических колебаний определенной частоты или полосы частот.

В широкой области частот сопротивление пьезоэлектрических резонаторов имеет емкостный характер и только на некоторых частотах имеет резко выраженный резонанс, что определяет название компонента. Термин «пьезоэлектрический» показывает, что действие компонента основано на использовании пьезоэлектрических свойств материала, из которого изготовлен пьезоэлемент — основная деталь резонатора. Иногда пьезоэлектрические резонаторы определяют как прибор, представляющий одну или несколько электромеханических систем пьезоэлектрического типа. Такое определение пьезоэлектрического резонатора слишком общее и может быть распространено на большинство пьезоэлектрических приборов являющихся электромеханическими преобразователями, например телефон, микрофон, звукосниматель и др. Пьезоэлектрические резонаторы отличаются от указанных выше пьезоэлектрических приборов, являющихся электромеханическими преобразователями и имеющих соответственно электрический и механический вход и выход, тем, что имеют только электрические входы и выходы, т. е. рассматриваются как электрические двухполюсники или многополюсники. Для потребителей резонаторов механическая сущность происходящих в них явлений скрыта и может, казалось бы, не рассматриваться.

Основным электрическим параметром пьезоэлектрического резонатора является частота его резонанса, жестко фиксированная. Каких-либо устройств для ее изменения пьезорезонатор обычно не имеет.

Избирательный, резонансный характер сопротивления пьезорезонатора определяет области их применения — цепи частотной селекции различных радиотехнических устройств, преимущественно генераторов электрических колебаний высокой стабильности частоты и частотных фильтров большой избирательности.

Термины и определения для пьезоэлектрических резонаторов

Основные термины для пьезоэлектрических резонаторов установлены стандартами Международной электротехнической комиссии (МЭК). В соответствии с этим документом определена стандартная отечественная терминология для основных понятий, касающихся пьезоэлектрических резонаторов. В справочнике использована стандартная терминология, имеющаяся в указанных документах. Понятия, для которых еще нет твердо установленных терминов, определены терминами, известными из тех или иных источников, на которые даны соответствующие ссылки.

Пьезоэлектрический резонатор (пьезорезонатор) — компонент радиоэлектронной аппаратуры. Его основной частью является пьезоэлемент, определяющий резонансный характер зависимости его полного сопротивления от частоты и имеющий параметры и характеристики, оговоренные в технической документации.

Многополюсный резонатор — резонатор с числом внешних выводов больше двух, соединенных с электродами пьезоэлемента и не связанных электрически между собой.

Многоэлементный пьезорезонатор — пьезоэлектрический резонатор, в корпусе которого смонтировано несколько пьезоэлементов.

Двухмодовый резонатор — резонатор, пьезоэлемент которого имеет две рабочие моды колебаний и соответственно две рабочие частоты.

Бескорпусной пьезорезонатор — пьезорезонатор, не имеющий внешней оболочки (корпуса), конструктивные и электрические параметры которого нормированы, а методы испытаний и правила обращения указаны в технической документации. Термины «пьезоэлемент» и «пьезовибратор» синонимами бескорпусного резонатора не являются.

Пьезоэлектрический элемент (пьезоэлемент) — пластина, стержень или тело иной формы из пьезоэлектрика, имеющие определенные размеры и ориентацию относительно кристаллографических осей или определенное направление поляризации (для керамики) с электродами.

Пьезоэлектрический вибратор (пьезовибратор) — пьезоэлемент с деталями крепления или смонтированный с держателем.

Электроды — пленки, наложенные на пьезоэлектряческую пластину, или проводящие пластины, расположенные вблизи нее, предназначенные для приложения внешнего электрического напряжёi4ия или съема пьезоэлектрических зарядов.

Корпус — оболочка, предохраняющая пьезоэлемент от внешних механических и климатических воздействий и имеющая выводы для соединения с внешней электрической цепью.

Держатель — устройство для фиксации положения пьезоэлемента в корпусе резонатора или на плате функционального пьезоэлектрического прибора.

Отражатель — компактная относительно массивная деталь в виде шайбы, шарика или тела иной формы устанавливаемая на проволочных держателях для предотвращения потерь энергии вследствие распространения по ним возбужденных пьезоэлементом механических колебаний.

Пьезоэлектрическая подложка (пьезоподложка) — пластина из пьезоэлектрика с пленочными электродами, на которой расположены также элементы другого функционального назначения.

Микроминиатюрные резонаторы — сверхминиатюрные резонаторы, предназначенные для использования в наручных электронных часах и микроэлектронной аппаратуре.

Резонатор-термостат — резонатор, у которого внутри корпуса размещены нагреатель пьезоэлемента, датчик температуры и другие элементы, определяющие температурньтй режим ПЭ.

Интегральный резонатор — резонатор, основные элементы которого (пьезоэлемент, детали его крепления и держатель) выполнены из одного куска пьезоэлектрика.

Резонатор с зазором — резонатор, пьезоэлемент которого имеет электроды, расположенные на небольшом расстоянии от поверхности последнего.

Полюс резонатора — внешний вывод от электрода ПЭ для включения во внешнюю цепь.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства…

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про кварцевый резонатор, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое кварцевый резонатор , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

кварцевый резонатор , жарг. кварц — прибор, в котором пьезоэлектрический эффект и явление механического резонансаиспользуются для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы.

Несмотря на то, что вместо кварца часто используются и другие пьезоэлектрики, например, керамика (Керамический резонатор), прилагательное «кварцевый» является общеупотребительным для всех таких устройств

В современной электронике, особенно в цифровой сложно не найти электронный компонент под названием кварцевый резонатор. По своей сути, кварцевый резонатор является аналогом колебательного контура на основе емкости и индуктивности. Правда, кварцевый резонатор превосходит LC-контур по очень важным параметрам.

Как известно, колебательный контур характеризуется добротностью. Резонаторы на основе кварца обладают очень высокой добротностью, которая недостижима при использовании обычного колебательного LC-контура. Если добротность обычных контуров лежит в пределах 100 – 300, то для кварцевых резонаторов величина добротности достигает 105 – 107.

Ёмкость конденсатора довольно сильно зависит от температуры окружающей среды. У конденсаторов даже есть параметр, который называется ТКЕ (температурный коэффициент емкости). Он показывает насколько измениться емкость конденсатора при изменении температуры.

Естественно, при применении конденсатора в составе LC-контура, частота его колебаний будет очень сильно зависеть от внешней температуры среды. То же касается и индуктивности, у которой также есть своя температурная характеристика — ТКИ.

Понятно, что для использования в цифровой технике (в том числе и в технике связи) требуется более стабильный и надежный источник гармонических колебаний.

Резонаторы на основе кварца обладают очень высокой температурной стабильностью. Именно благодаря высокой добротности и температурной стабильности кварцевые резонаторы применяются в радиотехнике очень активно.

Любой процессор или микроконтроллер работает на определенной тактовой частоте. Понятно, что для задания тактовой частоты необходим генератор. Такой генератор в качестве источника высокоточных гармонических колебаний, как правило, использует кварцевый резонатор. В тех схемах, где высокая добротность не требуется, могут применяться резонаторы на основе керамики – керамические резонаторы. Добротность резонаторов на основе пьезокерамики составляет не более 103. Их можно встретить в пультах дистанционного управления, электронных игрушках, бытовых радиоприемниках.

Принцип работы кварцевого резонатора.

Принцип работы кварцевого резонатора целиком и полностью опирается на пьезоэлектрический эффект. Основой любого кварцевого резонатора является пластинка из кварца. Кварц – это одна из разновидностей кремнезема SiO2. Для изготовления резонаторов пригоден только лишь низкотемпературный кварц, который обладает пьезоэлектрическими свойствами. В природе такой кварц встречается в виде кристаллов и бесформенной гальки. Для изготовления резонаторов используют как натуральный так и синтетический кристал кварца.

Оптический и пьезоэлектрический синтетический кварц применяется в технике, в том числе в персональных компьютерах, оптике и телеметрии, цифровых видеокамерах и фотоаппаратах, радио- и телекоммуникационных устройствах, системах дистанционного управления и автоматического контроля, радарном и радионавигационном оборудовании, для подложек высокого качества, а также в часовой промышленности.
Синтетический кварц, выращенный гидротермальным методом, широко используется в ювелирной промышленности, — особенное его цветные разновидности.
Свойства синтетического кварца

Химическая формула: SiO2
Твердость (шкала Мооса): 7
Плотность: 2,65
Показатель преломления: 1,544 – 1,553
Дисперсия: 0,013
Кристаллическая решетка: тригональная
Диэлектрическая постоянная: 4,5
Температура фазового перехода: 573°C

Синтетический кварц. Большой кристалл

Химически кварц очень устойчив и не растворяется ни в одной из кислот, за исключением плавиковой. Также кварц очень твердый. На шкале твердости он занимает седьмое место из десяти.

Чтобы изготовить кварцевую пластинку берется кристалл кварца и из него под определенным углом вырезается пластинка. От угла, под которым происходит срез, зависят электромеханические свойства кварцевой пластины. Тип среза существенно влияет на температурную стабильность, количество паразитных резонансов, резонансную частоту.

Далее на две стороны кварцевой пластины наносят металлизированный слой (из серебра, никеля, золота или платины) и посредством жестких проволочных контактов закрепляют в кварцедержателе. Всю эту конструкцию помещают в герметичный корпус.

Кварцевый резонатор в кристаллодержателе

Кварцевый резонатор является электромеханической колебательной системой. Как известно, любая колебательная система обладает своей резонансной частотой. У кварцевого резонатора также есть своя номинальная резонансная частота. Если приложить к кварцевой пластине переменное напряжение, которое совпадает с резонансной частотой самой кварцевой пластины, то происходит резонанс частот и амплитуда колебаний резко возрастает.

При резонансе электрическое сопротивление резонатора уменьшается. В результате получается эквивалент последовательной колебательной системы. Поскольку потери энергии в кварцевом резонаторе очень малы, то он фактически представляет собой электрический колебательный контур с очень большой добротностью.

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора изображена на рисунке.

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора

Здесь С0 – это постоянная (статическая) емкость образующаяся за счет металлических пластин-электродов и держателя. Последовательно соединенные индуктивность L1, конденсатор С1 и активное сопротивление Rакт. отражают электромеханические свойства кварцевой пластинки. Как видим, если отбросить емкость монтажа и кварцедержателя С0, то получиться последовательный колебательный контур.

При монтаже кварцевого резонатора на печатную плату стоит позаботиться о том, чтобы не перегреть его. Эта рекомендация наверняка связана с тем, что конструкция кварцевого резонатора довольно тонкая. Температурный перегрев может вызвать деформацию кварцедержателя и пластинок-электродов. Естественно, все это может отразиться на качестве работы резонатора в схеме.

Также известно, что если кварц нагреть свыше 5730 С, то он превращается в высокотемпературный кварц и лишается своих пьезоэлектрических свойств. Конечно, довести температуру кварца до такой температуры оборудованием для пайки нереально.

Принцип действия кварцевого генератора

На пластинку, кольцо или брусок, вырезанные из кристалла кварца определенным образом, нанесены 2 и более электродов — проводящие полоски.

Пластинка закреплена и имеет собственную резонансную частоту механических колебаний.

При подаче напряжения на электроды благодаря пьезоэлектрическому эффекту происходит изгибание, сжатие или сдвиг в зависимости от того, каким образом вырезан кусок кристалла.

Однако колеблющаяся пластинка в результате того же пьезоэлектрического эффекта создает во внешней цепи противо-ЭДС, что можно рассматривать как явление, эквивалентное работе катушки индуктивности в колебательном контуре.

Если частота подаваемого напряжения равна или близка к частоте собственных механических колебаний пластинки, затраты энергии на поддержание колебаний пластинки оказываются намного ниже, нежели при большом отличии частоты. Это тоже соответствует поведению колебательного контура.

Обозначение кварцевого резонатора.

На принципиальных схемах и в технической документации кварцевый резонатор обозначается наподобие конденсатора, только между пластинами добавлен прямоугольник, который символизирует пластинку кварца. Рядом с графическим изображением указывается буква Z или ZQ.

Условное обозначение кварцевого резонатора на схемах.

Как проверить кварцевый резонатор при диагностических процедурах?

К сожалению, достоверно проверить кварцевый резонатор можно только заменой.

Причиной неисправности кварцевого резонатора может быть сильный удар либо падение электронного прибора, в котором он был установлен. Поэтому если есть подозрение в исправности кварцевого резонатора, то его стоит заменить новым. К счастью в практике ремонта неисправность кварцевого резонатора встречается редко, конечно, есть и исключения, но они относятся к портативной электронике, которую частенько роняют.

История изготовлений различных конструкций кварцевых резонаторов

Кварцевый резонатор в герметичном стеклянном корпусе пальчикового бесцокольного исполнения

Резонатор на 4 МГц в миниатюрном металлическом герметизированном корпусеHC-49/US

Металлические корпуса разнообразных размеров

Пьезоэлектрический эффект был впервые открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 г. Поль Ланжевен впервые использовал этот эффект в часовом резонаторе гидролокатора перед первой мировой войной. Первый кристальный резонатор, работающий насегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Николсоном (Alexander M. Nicholson) из компании Bell Telephone Laboratories, хотя это оспаривалось Уолтером Гейтоном Кэди (Walter Guyton Cady), который изготовилкварцевый резонатор в 1921 году. Некоторые улучшения в кварцевые резонаторы вводились позже Льюисом Эссеном и Джорджом Вашингтоном Пирсом (George Washington Pierce).

Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920—30-х годах. Начиная с 1926 года, кварцевые резонаторы на радиостанциях использовались в качестве задающих несущую частоту элементов. В то же время резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы; только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 000 ед.

Применение. И спациальные типы кварцевых генераторов

Одним из самых популярных видов резонаторов являются резонаторы, применяемые в часовых схемах. Резонансная частота часовых резонаторов 32768 Гц, поделенная на 15-разрядном двоичном счетчике, дает интервал времени в 1 секунду.

Применяются в генераторах с фиксированной частотой, где необходима высокая стабильность частоты. В частности, в опорных генераторах синтезаторов частот и в трансиверных радиостанциях для формирования DSB-сигнала на промежуточной частоте и детектирования SSB или телеграфного сигнала.

Также применяются в кварцевых полосовых фильтрах промежуточной частоты супергетеродинных приемников. Такие фильтры могут выполняться по лестничной или дифференциальной схеме и отличаются очень высокой добротностью и стабильностью по сравнению с LC-фильтрами.

По типу корпуса кварцевые резонаторы могут быть выводные для объемного монтажа (стандартные и цилиндрические) и дляповерхностного монтажа (SMD).

Качество схемы, в которую входят кварцевые резонаторы, определяют такие параметры, как допуск по частоте (отклонение частоты), стабильность частоты, нагрузочная емкость, старение.

• Кварцевые резонаторы (Crystal Units) – отдельные кварцевые резонаторы и модули со встроенными датчиками температуры на номинальные частоты от 4 МГц до 150 МГц, а также низкочастотные резонаторы на частоту 32768 Гц.
• Тактовые генераторы (Crystal Clock Oscillator) – кварцевые генераторы, состоящие из кристалла и простого генератора, выпускаются на частоты в диапазоне 1,5–125 МГц, а также на частоту 32768 Гц.
• SPXO (Simple Packaged Crystal Oscillators) – кварцевые генераторы на высокие частоты в диапазоне 62,5 – 313 МГц с допустимыми отклонениями частоты ±(25–100)х10-6.

• Термостатированные генераторы (OCXO) DOCXO

Термостатированные генераторы (OCXO) предназначены для проектов, в которых температурная нестабильность частоты не должна превышать ±0.5ppm. Такие кварцевые генераторы включают в себя схему подогрева и устанавливаются в специальный корпус, что позволяет поддерживать рабочую температуру генератора постоянной и, следовательно, получать высокую стабильность частоты, вплоть до ±0.1ppb. В большинстве случаев, у термостатированных генераторов есть функция частотной подстройки, либо управляющим напряжением, либо механически.

• TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator) – термокомпенсированные кварцевые генераторы.

Рис.1 Упрощенная схема прямой компенсации TCXO

Рис.2 Упрощенная схема косвенной компенсации TCXO

TCXO для GPS
TCXO для сети

• VCXO (Voltage-Controlled Crystal Oscillators) – кварцевые генераторы, управляемые напряжением, в приборы этого типа интегрированы варикапы, обеспечивающие перестройку частоты генераторов.

Рис.3 Характеристики управляющего напряжения VCXO (положительный наклон)

Рис.4 Характеристики управляющего напряжения VCXO (отрицательный наклон)

• FCXO (Frequency Controlled Crystal Oscillator) – модули переноса частоты, или кварцевые генераторы, синхронизируемые внешними источниками.

• Прецизионные термостатированные генераторы OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator), TwinOCXO (Twin-Oven Controlled Crystal Oscillator) и Twin-DCXO (Twin-Digital Controlled Crystal Oscillator).

• Кварцевые фильтры (Crystal Filter) – в данную категорию входят приборы на номинальные частоты 10,7 МГц, 21,4 МГц, 21,7 МГц, 45 МГц, 70,05 МГц, 90 МГц с различными полосами пропускания.
• ПАВ-фильтры (SAW Device) – широкая номенклатура фильтров на поверхностных акустических волнах под различные целевые назначения приборов: аппаратура для цифрового наземного телевидения, базовых станций WCDMA, беспроводных телефонов, беспроводных приборов для учета энергопотребления, систем дистанционного управления автомобильным оборудованием и других приложений.
• Синтетические кварцы/кварцевые бланки/оптические компоненты (Synthetic Quartz Crystal/Crystal Blank/Optical Component) – кварцевые кристаллы, кварцевые пластины из монокристаллов (Crystal Blank) и оптические компоненты, такие как оптические фильтры нижних частот OLPF.
• Синтезаторы частоты (Frequency Synthesizer) – компания выпускает встраиваемые синтезаторы частоты для оборудования систем цифрового наземного телевидения, микроволновой аппаратуры радиосвязи, измерительных приборов, базовых станций систем мобильной связи , систем ШПД и других ответственных приложений.
• Зонды для ультразвуковых сканеров и преобразователи (Ultrasonic probe/Transducer) – компания выпускает ультразвуковые зонды различных форм (линейные, секторные и выпуклые зонды, матричные модули) для работы в диапазонах от 2,5 МГц до 12 МГц. Приборы могут использоваться для 2D- и 3D-визуализации в медицине и здравоохранении. Приборы производятся в соответствии с требованиями международного стандарта ISO13485 2008, определяющего систему менеджмента качества медицинских устройств. Компания может производить приборы по специальным требованиям заказчиков.
• Биодатчики для QCM (Quartz Crystal Microbalance) систем – датчики микровесов (QCM Sensor) являются инструментом для измерения массы, принцип работы которого основан на зависимости частоты колебаний кварцевого резонатора (датчика QCM) от количества вещества, нанесенного на его поверхность. QCM-системы получили широкое распространение в биохимии, например, для распознавания антител и фрагментов ДНК.

Преимущества

• Достижение намного больших значений добротности (104−106) эквивалентного колебательного контура, нежели любым другим способом.
• Малые размеры устройства (вплоть до долей мм).
• Большая температурная стабильность.
• Большая долговечность.
• Лучшая технологичность.
• Построение качественных каскадных фильтров без необходимости их ручной настройки.

Недостатки

• Чрезвычайно узкий диапазон подстройки частоты внешними элементами. Практически для многодиапазонных систем эта проблема решается построением синтезаторов частоты различной степени сложности.

Тесты осцилляции схем

NDK активно сотрудничает с производителями микроконтроллеров, различных чипсетов и модулей, а также ведет постоянную тесную работу с конечными заказчиками, применяющими в своих изделиях различные чипсеты и кварцевую продукцию. Свой опыт производства кварцевых продуктов, а также опыт сотрудничества с производителями чипсетов и модулей NDK готов предлагать своим заказчикам для облегчения их работы по подбору компонентов для своих изделий. NDK располагает двумя лабораториями – одна в Японии на базе фабрики в г. Саяма и другая в Германии в г. Зинсхайме, где в сотрудничестве с крупнейшими производителями микропроцессоров и чипсетов проводит большую работу по проведению испытаний, направленных на достижение наилучшей совместимости кварцевых компонентов NDK с микросхемами ведущих производителей (IC matching test).

Кварцевые резонаторы, подключаемые к различным микросхемам, микропроцессорам, БИС/СБИС (LSI/VLSI), в некотором смысле являются «дирижерами», управляющими многими тысячами логических элементов, поэтому качество совместной работы микросхем и подключаемых к ним резонаторов имеет важное значение для работы всего устройства (прибора, системы) в целом.

Для обеспечения стабильной работы на заданных частотах внутренних тактовых генераторов микросхем с внешними кварцевыми резонаторами необходим правильный выбор номиналов внешних компонентов, в общем случае подключаемых к резонатору по схеме, приведенной на рис. 10. Показанные на схеме инвертирующий усилитель и буфер являются внутренними элементами микросхем. В ряде случаев резистор Rf может не устанавливаться, а вместо резистора Rd устанавливаться перемычка, иногда не требуется установка и конденсаторов на входе или выходе генератора. При работе в штатном режиме кварцевый резонатор и конденсаторы образуют П-образный фильтр, обеспечивающий фазовый сдвиг 180°, необходимый для запуска генератора на частоте, определяемой резонатором (так называемая схема генератора Пирса).

При проведении тестов на совместимость микросхем компания NDK экспериментально определяет параметры, имеющие важнейшее значение для стабильного запуска и функционирования кварцевого резонатора в составе конкретных микросхем при определенных условиях.

Рассмотрим эти параметры более подробно:

• Отрицательное сопротивление (-R) всей схемы генератора, включая значения емкостей конденсаторов, параметры кварцевого резонатора и цепи, реализованной на кристалле микросхемы . Это отрицательное сопротивление должно быть в несколько раз больше эквивалентного последовательного сопротивления кварцевого резонатора (Rs или ESR). При нарушении данного соотношения генератор не будет работать в заданном режиме или может вообще не заработать. Отрицательное сопротивление схемы можно получить, включив резистор последовательно с кварцевым резонатором (Rd на рис. 10). Пороговое значение, при котором запуск генератора становится невозможным, приблизительно равно отрицательному сопротивлению схемы. Схема стенда, используемая NDK для этой цели, приведена на рис. 11 а), б), пробник в виде открытого про-водника небольшой длины используется для исключения влияния на генератор измерительной схемы. Типовая зависимость отрицательного сопротивления схемы от емкостей конденсаторов генератора при Rd=1 кОм, Rf=1 МОм приведена на рис. 12 (по материалам NDK).

• Изменение частоты генерации (Frequency Deviation, FD). Схема стенда для измерения частоты кварцевых генераторов приведена на рис. 13, измерения также производятся без контакта с элементами схемы и при изменении напряжения питания в заданных заказчиком пределах. Величину отклонения частоты генерации от номинальной частоты кварцевого резонатора представляют в относительных единицах – + или – ∆f/fном.х10-6.
• Мощность возбуждения (Drive Level DL). При мощности возбуждения (рассеяния), превышающей максимально допустимую, в выходном сигнале кварцевого генератора могут появляться побочные излучения, возможны перескоки частоты генерации, а также может ухудшаться стабильность частоты генерации. Чтобы определить мощность рассеяния, необходимо измерить величину тока в цепи кварцевого резонатора. Схема стенда, используемая NDK для измерения тока, приведена на рис. 14, по осциллографу определяют размах тока в цепи кварцевого резонатора, затем по формуле Irms=Ip-p/2√2 вычисляют действующее значение тока, мощность определяется формулой P=Irms2 Rload (мкВт), где Rload– сопротивление на переменном токе в цепи резонатора. Сопротивление Rload зависит от параметров резонатора, величин емкостей схемы и сопротивления Rd (см. рис. 10), типовая зависимость мощности рассеяния от емкостей схемы приведена на рис. 15.

Как уже было сказано, в лабораториях NDK постоянно проводится ряд тестов по определению типов кварцевых резонаторов, в наибольшей степени подходящих для использования совместно с микропроцессорами и БИС основных серий таких компаний, как STM, TI, Microchip, NXP, Renesas и др.

В результате NDK имеет и готовы предоставлять своим клиентам данные по одобренным и рекомендованным компонентам NDK для работы с теми или иными чипсетами и модулями.

Также NDK предлагает своим клиентам провести тесты плат заказчика в своих лабораториях, на основе которых NDK даст свои рекомендации по работе чипсета и частотозадающих элементов в конкретной схеме заказчи

Как выбрать тип генератора.? Сравнение кварцевых с другими типами генераторов

Нижеследующее обсуждение относится к стандартам частоты в широком диапазоне температур (то есть к тем, которые предназначены для работы в диапазоне температур, который охватывает по меньшей мере 90 ° C). Лабораторные приборы, которые работают в гораздо более узком диапазоне температур, могут иметь лучшую стабильность, чем в приведенном ниже сравнении.

Коммерчески доступные источники частот охватывают диапазон точности в несколько порядков — от простого XO до стандарта частоты луча цезия. С увеличением точности возрастают требования к мощности, размеру и стоимости. Например, на рисунке 34 показана взаимосвязь между точностью и потребностью в мощности. Точность в сравнении с затратами будет аналогичной и колеблется от примерно 1 долл.

США для простого ХО до примерно 40 000 долл. США для стандарта цезия (цены 1991 года). Таблица 1 показывает сравнение существенных характеристик стандартов частоты. На рисунке 35 показано сравнение кратковременных диапазонов стабильности частоты как функции времени усреднения [43]. На рисунке 36 показано сравнение характеристик фазового шума, а в таблице 2 показано сравнение слабых мест и механизмов износа.

Рис. 34. Соотношение между точностью и требованиями к мощности (XO = простой кварцевый генератор; TCXO = температурно-компенсированный кварцевый генератор; OCXO = управляемый печью кварцевый генератор; Rb = рубидиевый стандарт частоты; Cs = цезиевый стандарт частоты пучка).

Рисунок 35. Стабильность как функция сравнения времени усреднения стандартов частоты.

Рисунок 36. Сравнение фазовой нестабильности стандартов частоты.

* Включая воздействие на окружающую среду (обратите внимание, что диапазоны температур для Rb и Cs уже, чем для кварца).
Таблица 1. Сравнение основных характеристик стандартов частоты.

Истощение запаса цезия

Отработанный цетриевый геттеринг

Производительность ионного насоса
Умножитель электронов

Таблица 2. Сравнение слабых мест стандартов частоты и механизмов износа.

Характеристики приведены в таблице 1 для атомных генераторов: эталонов частоты рубидия и цезия и генератора рубидий-кристалл (RbXO). В стандартах атомной частоты частота выходного сигнала определяется разностью энергий между двумя атомными состояниями, а не каким-либо свойством объемного материала (как в кварцевых генераторах). Вступительный обзор стандартов атомной частоты можно найти в ссылке 44, а ссылка 45 представляет собой обзор литературы до 1983 года. (Ссылка 44 рассматривает как атомные, так и кварцевые стандарты частоты; отчет, который вы читаете, основан на кварцевой части этот документ.) RbXO — это устройство, предназначенное для приложений, в которых доступность энергии ограничена, но где требуется стандартная точность атомной частоты [46,47]. Он состоит из стандарта частоты рубидия, маломощного и высокостабильного кварцевого генератора и схемы управления, которая регулирует частоту кварцевого генератора в соответствии со стандартом рубидия. Рубидиевый стандарт включается периодически (например, раз в неделю) на несколько минут, необходимых для его прогрева и корректировки частоты кварцевого генератора. С RbXO можно приблизиться к долговременной стабильности рубидиевого стандарта с низкой (средней) потребностью в мощности кварцевого генератора. один раз в неделю) в течение нескольких минут он прогревается и корректирует частоту кварцевого генератора. С RbXO можно приблизиться к долговременной стабильности рубидиевого стандарта с низкой (средней) потребностью в мощности кварцевого генератора. один раз в неделю) в течение нескольких минут он прогревается и корректирует частоту кварцевого генератора. С RbXO можно приблизиться к долговременной стабильности рубидиевого стандарта с низкой (средней) потребностью в мощности кварцевого генератора.

Rb-OSC (Рубидиевый генератор):

Чрезвычайно устойчивый осциллятор с использованием атомного резонанса рубидия,
контролируемый частотой микроволнового перехода атомов Rb87 в его основном энергетическом состоянии.

Основные вопросы, на которые нужно ответить при выборе генератора, включают в себя:

1. Какая точность или воспроизводимость частоты необходима для правильной работы системы?
2. Как долго должна поддерживаться эта точность, т. Е. Будет ли генератор калиброваться или периодически заменяться, или генератор должен поддерживать требуемую точность в течение всего срока службы системы?
3. Доступна ли достаточная мощность, или генератор должен работать от батарей?
4. Какое время прогрева допустимо?
5. Каковы экстремальные условия окружающей среды, в которых должен работать генератор?
6. Каково требование краткосрочной стабильности (фазовый шум)?
7. Какое ограничение по размеру?

Что касается второго вопроса, какие затраты должны быть минимизированы: первоначальная стоимость приобретения или стоимость жизненного цикла? Часто стоимость повторной калибровки намного выше, чем дополнительная стоимость генератора, который может обеспечить жизнь без калибровки. Лучший генератор также может позволить упростить конструкцию системы.

Частота генератора является еще одним важным фактором, поскольку выбор может оказать существенное влияние как на стоимость, так и на производительность. При прочих равных условиях генератор стандартной частоты, такой как 5 МГц или 10 МГц, для которого производители имеют хорошо зарекомендовавшие себя конструкции, будет стоить дешевле, чем одна из необычных частот, например 8,34289 МГц. Более того, для кристаллов со сдвигом по толщине, таких как AT-разрез и SC-разрез, чем ниже частота, тем ниже старение [17]. Поскольку на частотах значительно ниже 5 МГц кристаллы со сдвигом толщины становятся слишком большими для экономичного производства, и поскольку все генераторы с наивысшей стабильностью используют сдвиговые кристаллы толщины, частота серийно выпускаемого генератора с самой высокой стабильностью составляет 5 МГц. Такие генераторы также будут иметь самую низкую способность фазового шума близко к несущей. На рынке также есть несколько отличных генераторов на 10 МГц; однако генераторы с гораздо более высокой частотой, чем 10 МГц, имеют значительно более высокие скорости старения и уровни фазового шума вблизи несущей, чем генераторы с частотой 5 МГц. Для самого низкого фазового шума вдали от несущей, где отношение сигнал / шум определяет уровень шума, высокочастотные кристаллы (например, 100 МГц) могут обеспечивать более низкий шум, поскольку такие кристаллы могут выдерживать более высокие уровни возбуждения, тем самым обеспечивая более высокие уровни сигнала , Генераторы с гораздо более высокой частотой, чем 10 МГц, имеют значительно более высокие скорости старения и уровни фазового шума вблизи несущей, чем генераторы с частотой 5 МГц. Для самого низкого фазового шума вдали от несущей, где отношение сигнал / шум определяет уровень шума, высокочастотные кристаллы (например, 100 МГц) могут обеспечивать более низкий шум, поскольку такие кристаллы могут выдерживать более высокие уровни возбуждения, тем самым обеспечивая более высокие уровни сигнала , Генераторы с гораздо более высокой частотой, чем 10 МГц, имеют значительно более высокие скорости старения и уровни фазового шума вблизи несущей, чем генераторы с частотой 5 МГц. Для самого низкого фазового шума вдали от несущей, где отношение сигнал / шум определяет уровень шума, высокочастотные кристаллы (например, 100 МГц) могут обеспечивать более низкий шум, поскольку такие кристаллы могут выдерживать более высокие уровни возбуждения, тем самым обеспечивая более высокие уровни сигнала ,

Связанные с резонатором приборы

• Кварцевый генератор
• Кварцевый фильтр
• Генератор Пирса
• Генератор тактовых импульсов
• Резонистор
• Атомные часы

Статью о кварцевый резонатор я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развии теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое кварцевый резонатор и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятелно рекомендую изучить комплексно всю информацию в категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Резонатор — Карта знаний

• Резона́тор — колебательная система, в которой происходит накопление энергии колебаний за счёт резонанса с вынуждающей силой. Обычно резонаторы обладают дискретным набором резонансных частот.

В технике обычно встречаются резонаторы с колебанием электромагнитных или механических величин. Конструкция резонатора сильно зависит от его резонансных частот.

Источник: Википедия

Связанные понятия

Резона́нс (фр. resonance, от лат. resono «откликаюсь») — частотно-избирательный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие, который проявляется в резком увеличении амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с определёнными значениями, характерными для данной системы. Для линейных колебательных систем значения частот резонанса совпадает с частотами собственных колебаний, а их число соответствует числу степеней свободы. Объёмный резона́тор — устройство, основанное на явлении резонанса, в котором вследствие граничных условий возможно существование на определённых длинах волн добротных колебаний в виде бегущей или стоячей волны. Ква́рцевый резона́тор (жарг. «кварц») — электронный прибор, в котором пьезоэлектрический эффект и явление механического резонанса используются для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы. Клистро́н — электровакуумный прибор, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный происходит путём модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ (при пролёте их сквозь зазор объёмного резонатора) и последующей группировки электронов в сгустки (из-за разности их скоростей) в пространстве дрейфа, свободном от СВЧ-поля. Синхронизация колебаний (фазовая синхронизация) — процесс установления и поддержания режима колебаний двух и более связанных осцилляторов, при котором частоты этих осцилляторов близки друг к другу (или их отношение близко к отношению двух небольших целых чисел). Синхронизация колебаний возможна только в случае нелинейных осцилляторов. При этом осциллятор может быть как естественно нелинейным, например струна, колебательный контур с нелинейной индуктивностью, мультивибратор, поперечные колебательные…

Упоминания в литературе

Площадь сечения резонансного трубопровода стремятся задать такой, чтобы при допустимой длине трубопровода (с точки зрения габаритных размеров) он обеспечивал приемлемые гидравлические потери. Наиболее существенное влияние на настройку волновой системы оказывают объем резонатора и длина резонансного трубопровода. При этом в зависимости от частоты настройки чувствительность системы на изменение длины резонансного трубопровода в 1,52,0 раза выше, чем на изменение объема резонатора. По этой причине целесообразно выполнить резонатор в виде части штатного впускного коллектора. На уровне молекул. Главной для нас молекулой является ДНК, которая представляет собой последовательную совокупность генов. А. Чижевским, В. Стадольником, Б. Хвистендалем был собран научный материал, показывающий зависимость мутаций вирусов от солнечной активности. Но вирус в своей сути является одним геном, окружённым белковой оболочкой. Следовательно, молекула ДНК подвержена такому воздействию. По мнению А. Чижевского бактерии являются резонаторами электромагнитных колебаний.

Связанные понятия (продолжение)

Ква́рцевый генера́тор — автогенератор электромагнитных колебаний с колебательной системой, в состав которой входит кварцевый резонатор. Предназначен для получения колебаний постоянной частоты с высокой температурной и временно́й устойчивостью, низким уровнем фазовых шумов. Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком имеют в виду эти колебания, рассматриваемые в связи с тем, как они воспринимаются органами чувств животных. Ла́мпа обра́тной волны́ (ЛОВ) — электровакуумный прибор, в котором для генерирования электромагнитных колебаний СВЧ используется взаимодействие электронного потока с электромагнитной волной, бегущей по замедляющей системе в направлении, обратном направлению движения электронов (в отличие от лампы бегущей волны (ЛБВ)). Частота́ — физическая величина, характеристика периодического процесса, равна количеству повторений или возникновения событий (процессов) в единицу времени. Рассчитывается, как отношение количества повторений или возникновения событий (процессов) к промежутку времени, за которое они совершены. Стандартные обозначения в формулах — ν, f или F. Виброметр — прибор предназначенный для контроля и регистрации виброскорости, виброускорения, амплитуды и частоты синусоидальных колебаний различных объектов. В частности, виброметры используются для измерения параметров вибрации виброустановок, применяемых для уплотнения бетонных смесей при производстве железобетонных изделий. Лампа бегущей волны (ЛБВ) — электровакуумный прибор, в котором для генерирования и/или усиления электромагнитных колебаний СВЧ используется взаимодействие бегущей электромагнитной волны и электронного потока, движущихся в одном направлении (в отличие от лампы обратной волны (ЛОВ)). Детонация в акустике — искажения звука в результате частотной модуляции посторонним сигналом с частотой 0,2 — 200 Гц, например, порождаемым колебаниями скорости протяжки магнитной ленты. Оптический резонатор — совокупность нескольких отражающих элементов, образующих открытый резонатор (в отличие от закрытых объёмных резонаторов, применяемых в диапазоне СВЧ), формирующих стоячую световую волну. Оптические резонаторы являются одним из основных элементов лазеров, обеспечивая положительную обратную связь для обеспечения многократного прохождения лазерного излучения через активную среду, что приводит к усилению светового потока. Гиротрон — электровакуумный СВЧ-генератор, представляющий собой разновидность мазера на циклотронном резонансе. Источником СВЧ-излучения является электронный пучок, вращающийся в сильном магнитном поле. Излучение генерируется на частоте, равной циклотронной, в резонаторе с критической частотой, близкой к генерируемой. Гиротрон был изобретён в Советском Союзе в НИРФИ в г. Горьком (ныне — Нижний Новгород). Са́зер (англ. saser, сокр. от Sound Amplification by Stimulated Emission of Radiation, также называется звуковым, фононным или акустическим лазером) — генератор когерентных звуковых волн определённой частоты. Обычно частота излучения сазера лежит в области от нескольких МГц до 1 ТГц. Токи высокой частоты — переменный ток (начиная с частоты приблизительно в десятки кГц), для которого становятся значимыми такие явления, как излучение электромагнитных волн, и скин-эффект. Кроме того, если размеры элементов электрической цепи становятся сравнимыми с длиной волны переменного тока, то нарушается принцип квазистационарности, что требует особых подходов к расчёту и проектированию таких цепей. Частотоме́р — радиоизмерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Фильтр в электронике — устройство для выделения желательных компонентов спектра электрического сигнала и/или подавления нежелательных. Электромехани́ческий фильтр (ЭМФ) — это фильтр, обычно используемый вместо электронного фильтра радиочастот, основное назначение которого: пропускать колебания в определенной полосе частот и подавлять остальные. В фильтре используются механические колебания, аналогичные подаваемому электрическому сигналу (это один из типов аналоговых фильтров). На входе и на выходе фильтра стоят электромеханические преобразователи, которые преобразуют электрические колебания сигнала в механические колебания рабочего… Акустооптический модулятор (АОМ) — устройство для изменения интенсивности пропускаемого света, вследствие его дифракции на решётке, образуемой в стекле в результате пространственной модуляции показателя преломления акустической волной. Бие́ния — явление, возникающее при наложении двух периодических колебаний, например, гармонических, близких по частоте, выражающееся в периодическом уменьшении и увеличении амплитуды суммарного сигнала. Частота изменения амплитуды суммарного сигнала (частота биения) равна разности частот исходных сигналов (точнее, модулю этой разности). Антирезона́нс — особый случай резонанса, динамическое явление в колебательных системах, например, в акустике или электронике. Акусти́ческий импеда́нс (англ. impedance от лат. impedio — препятствую) — комплексное акустическое сопротивление среды, представляющее собой отношение комплексных амплитуд звукового давления к колебательной объёмной скорости. Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газа, пара). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код. Амплиту́дно-часто́тная характери́стика (АЧХ) — зависимость амплитуды выходного сигнала некоторой системы от частоты её входного гармонического сигнала. Иногда эту характеристику называют «частотным откликом системы» (frequency response). Резонистор — полупроводниковый прибор с механическим резонансным элементом, используемый в качестве электрического резонатора. Флуктуа́ция (от лат. fluctuatio — колебание) — любое случайное отклонение какой-либо величины. Во́лны в пла́зме — электромагнитные волны, распространяющиеся в плазме и самосогласованные с коллективным движением заряженных частиц плазмы. В силу того, что доминирующее значение в динамике частиц плазмы играет электромагнитное взаимодействие между ними, электромагнитные свойства плазмы сильно зависят от наличия внешних полей, а также от параметров распространяющихся в ней волн. Гетероди́н (от греч. ἕτερος — иной; δύναμις — сила) — маломощный генератор электрических колебаний, применяемый для преобразования частот сигнала в супергетеродинных радиоприёмниках, приёмниках прямого преобразования, волномерах и пр. Дио́д Га́нна (изобретён Джоном Ганном в 1963 году) — тип полупроводниковых диодов, в полупроводниковой структуре не имеет p-n-переходов и используется для генерации и преобразования колебаний в диапазоне СВЧ на частотах от 0,1 до 100 ГГц. Модуля́ция (лат. modulatio — размеренность, ритмичность) — процесс изменения одного или нескольких параметров модулируемого несущего сигнала при помощи модулирующего сигнала. Радиационное затухание — сокращение амплитуды поперечных бетатронных колебаний заряженной частицы в циклическом ускорителе, а также эмиттанса пучка частиц, связанное с синхротронным излучением. Поскольку интенсивность синхротронного излучения очень сильно зависит от энергии частицы (

γ4), радиационное затухание важно для ускорителей лёгких ультрарелятивистских частиц (электронные синхротроны), и несущественно для адронных машин. Волна́ — изменение некоторой совокупности физических величин (характеристик некоторого физического поля или материальной среды), которое способно перемещаться, удаляясь от места его возникновения, или колебаться внутри ограниченных областей пространства. Измери́тельная ли́ния — устройство для исследования распределения электрического поля вдоль СВЧ-линии передачи. Представляет собой отрезок коаксиальной линии или волновода с перемещающимся вдоль него индикатором, отмечающим узлы (пучности) электрического поля. Лазеры сверхкоротких (предельно коротких) импульсов, лазеры УКИ (ПКИ), фемтосекундные лазеры — оптические квантовые генераторы, способные генерировать импульсы лазерного излучения, которые содержат достаточно малое число колебаний оптического поля. Фильтр ни́жних часто́т (ФНЧ) — электронный или любой другой фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже некоторой частоты (частоты среза) и подавляющий частоты сигнала выше этой частоты. Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра. Фа́зовый дете́ктор, фазовый компара́тор (ФД) — электронное устройство, сравнивающее фазы двух входных сигналов равных или близких частот. Варика́п (акроним от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acitance) — « ёмкость») — электронный прибор, полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n-перехода от обратного напряжения. Магнитостри́кция (от лат. strictio — сжатие, натягивание) — явление, заключающееся в том, что при изменении состояния намагниченности тела его объём и линейные размеры изменяются. Конвольвер (коррелятор) — вычислительное устройство для определения свертки. Нелинейное акустоэлектронное устройство, прибор аналоговой обработки сигналов. Простейшим конвольвером на ПАВ является вырожденный конвольвер. В основе работы данного прибора лежит принцип нелинейного взаимодействия бегущих навстречу друг другу акустических волн одинаковой частоты. В результате нелинейного взаимодействия возникает электрический сигнал на удвоенной частоте, снимаемый интегрирующим электродом. Амплитуда результирующего… Гиперзвук — упругие волны с частотами от 101000 до 1012—1018 Гц. По физической природе гиперзвук не отличается от звуковых и ультразвуковых волн. Гиперзвук часто представляют как поток квазичастиц — фононов. Ловушка Пеннинга — устройство, использующее однородное статическое магнитное поле и пространственно неоднородное электрическое поле для хранения заряженных частиц. Этот тип ловушек часто используется при точных измерениях свойств ионов и стабильных субатомных частиц, обладающих электрическим зарядом. В недавнем прошлом подобная ловушка успешно использовалась при физической реализации квантового компьютера и квантовых вычислений. Ловушки Пеннинга также применялись при создании так называемого «квазиатома… Аттенюа́тор (фр. attenuer — смягчить, ослабить) — устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний, как средство измерений является мерой ослабления электромагнитного сигнала, но также его можно рассматривать и как измерительный преобразователь. ГОСТ 28324-89 определяет аттенюатор как элемент для снижения уровня сигналов, обеспечивающий фиксированное или регулируемое затухание. Синтезатор частот — устройство для генерации электрических гармонических колебаний с помощью линейных повторений (умножением, суммированием, разностью) на основе одного или нескольких опорных генераторов. Синтезаторы частот служат источниками стабильных (по частоте) колебаний в радиоприёмниках, радиопередатчиках, частотомерах, испытательных генераторах сигналов и других устройствах, в которых требуется настройка на разные частоты в широком диапазоне и высокая стабильность выбранной частоты. Стабильность… Автогенератор — электронный генератор с самовозбуждением.Автогенератор вырабатывает электрические (электромагнитные) колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход.Нередко параллельно электролитическому конденсатору устанавливается плёночный (или керамический) ёмкостью в доли или единицы микрофарада для устранения высокочастотных помех. Керамический резонатор

— английское определение, грамматика, произношение, синонимы и примеры

Большинство плат включает линейный стабилизатор 5 В и кварцевый генератор или керамический резонатор . WikiMatrix WikiMatrix

Гребенчатый фильтр имеет керамический резонатор , расположенный внутри по меньшей мере одной стенки полости. патенты-wipo патенты-wipo

Резонаторы могут включать в себя резонатор с сосредоточенными элементами , керамический резонатор или микрополосковый резонатор.патенты-wipo патенты-wipo

Если вы используете кварцевый резонатор или керамический резонатор , попробуйте режим HS для частот выше 4 МГц. Обычное сканирование Обычное сканирование

Типичный корпус керамического резонатора имеет два или три подключения. WikiMatrix WikiMatrix

Повышенная изоляция достигается за счет установки керамического резонатора на пути каждой из антенн. патенты-wipo патенты-wipo

Пьезоэлектрический керамический резонатор и способ его изготовления патенты-wipo патенты-wipo

Система дистанционного управления избегает керамических резонаторов — и дросселей, а приемник (2) избегает резонаторов поверхностных акустических волн.патенты-wipo патенты-wipo

Изобретение относится к пьезоэлектрическому керамическому резонатору и способу его изготовления. патенты-wipo патенты-wipo

Керамические резонаторы tmClass tmClass

Ситуация изменилась с появлением керамических резонаторов с очень низкими температурными коэффициентами в 1970-х годах. WikiMatrix WikiMatrix

Тактовый сигнал вырабатывается блоком генератора, который включает керамический резонатор , сконфигурированный как источник тактового сигнала. патенты-wipo патенты-wipo

Керамические резонаторы изготовлены из высокостабильной пьезокерамики, как правило, из титаната циркония свинца (PZT), который действует как механический резонатор. WikiMatrix WikiMatrix

В более дешевых наборах могут использоваться керамические фильтры, построенные из керамических резонаторов (которые также используют пьезоэлектрический эффект) или настроенные LC-схемы. WikiMatrix WikiMatrix

Хотя в кварцевых генераторах по-прежнему чаще всего используются кристаллы кварца, все большее распространение получают устройства, использующие другие материалы, например керамические резонаторы .WikiMatrix WikiMatrix

Для приложений, не требующих очень точной синхронизации, недорогой керамический резонатор часто используется вместо кристалла кварца. WikiMatrix WikiMatrix

Abracon предлагает широкий выбор кварцевых генераторов, кристаллов кварца, керамических резонаторов , , кремниевых генераторов, фильтров и резонаторов на ПАВ, катушек индуктивности и трансформаторов. Обычное сканирование Обычное сканирование

Комплект керамических фильтров, состоящий из 2 керамических фильтров и 1 керамического резонатора на частоту 10,7 МГц (± 30 кГц), содержащихся в корпусе. ЕврЛекс-2 ЕврЛекс-2