1. Що таке кварц Насправді, кварц - це один з найпоширеніших мінералів в земній корі. Його частка становить...
2. Що таке обертони
3. Позначення кварцу на схемі
4. Принцип роботи кварцу

Що таке кварц

Насправді, кварц - це один з найпоширеніших мінералів в земній корі. Його частка становить близько 60%! Якщо напівпровідникові радіокомпоненти в основному роблять з кремнію, то кварц також складається з кремнію але в зв'язці з киснем. Його формула SiO2.

Виглядає він приблизно ось так:

Ну прямо скарб якийсь!

Але скарб захований не в самому кварці, а в тому, яким властивістю він володіє. І цей ефект кварцу зробив революцію в прецизійної (точної) електроніці ...

Ще в 19 столітті два брата Кюрі виявили цікаву властивість деяких твердих кристалів генерувати ЕРС , Деформуючи ці кристали.

Існує також і зворотний ефект, тобто при подачі напруги ми можемо деформувати ці кристали. Неозброєним оком це практично не помітно. Такий ефект називається п'єзоефектом, а речовини - п'єзоелектрик.

ЕРС виникає тільки в процесі стиснення або розтягування. Може бути ви подумали, притиснути такий кристал і все життя отримувати з нього енергію? Поголіться). До речі, пьезоізлучатель теж відноситься до п'єзоелектрик і з нього можна отримати ЕРС. Нижче на відео світлодіод, підпаяти до пьезоізлучатель. Коли ми тиснемо на пьезоізлучатель, виробляється ЕРС, яка і запалює маленький світлодіод:

Не так давно дивився фільм по

Так ось, кристали кварцу теж мають п'єзоефектом і здатні також виробляти ЕРС або деформуватися (згинатися, змінювати форму) під впливом електричного струму.

Кварцовий резонатор

Резонатор - (від лат. Resono - звучу у відповідь, відгукуюся) - це система, яка здатна здійснювати коливання з максимальною амплітудою, тобто резонувати, при впливі зовнішньої сили певної частоти і форми. Виходить, кварцовий резонатор в електроніці, а в народі просто "кварц", - це радіоелемент, який здатний резонувати, якщо на нього подати змінний струм певної частоти і форми.

Кварцові резонатори виглядають в основному ось так:

Розібравши кварцовий резонатор, можна побачити на власні очі сам кристал кварцу. Давайте розкриємо кварц радянського виробництва ось в такому корпусі:

Отже, що ми тут бачимо? Прозорий кристал кварцу, розміщений між двома металевими пластинками, до яких підпаяні висновки самого кварцу.

У маленьких кварцах типу цих

використовуються тонкі прямокутні пластинки кварцу. Тут правило таке: чим більше товщина пластинки, тим нижче робоча частота кварцу. Тому, найвищі частоти, на які роблять кварци, становить не більше 50 мегагерц, так як пластинка виходить дуже тонка, що створює труднощі при її виготовленні. Та й тримати її якось треба в корпусі, що не поламавши. За ідеєю, можна вичавити з кварцу частоту і до 200 мегагерц, але працювати такий кварц буде на обертони.

Що таке обертони

Обертони, або як ще їх називають, моди або гармоніки - це кратні частоти, вище основної частоти кварцу. За допомогою фільтрів гасять основну частоту кварцу і виділяють обертон. У кварцовому резонаторі в режимі обертонів використовують непарні обертони. Якщо основна частота кварцу F - це перший обертон, то його робочі обертони будуть як 3F, 5F, 7F, 9F. Варто також відзначити, що амплітуда обертони зменшується з ростом його частоти, тому далі 9 обертони сенсу брати вже немає, так як виділяти амплітуду маленького сигналу дуже важко.

Приклад: візьмемо кварц із частотою в 10 мегагерц. Тоді ми можемо порушити його на обертони в 30 мегагерц (третій обертон), в 50 мегагерц (п'ятий обертон), в 70 мегагерц (сьомий обертон) і максимум в 90 мегагерц (дев'ятий обертон).

Щоб хоч якось зрозуміти, що таке обертони, для прикладу послухайте основну частоту 110 Герц і її обертони.

Схема, яка збуджує кварц на обертони, складна і не дуже надійна, так як по-перше, треба "давити" головну частоту кварцу і виділяти обертон, а по-друге, кварц може збудитися в режимі випадкових коливань. На практиці все-таки роблять схеми з множенням головною частоти кварцу, що набагато простіше і надійніше.

Позначення кварцу на схемі

Кварц є діелектриком. А що буде якщо тонкий діелектрик розмістити між двома металевими пластинами? вийде конденсатор ! Конденсатор виходить дуже маленькою ємності, так що заміряти його ємність навряд чи вийде. Зате не стали мудрувати з схемотехническим позначенням кварцу, і на схемах його показують як прямокутний шматочок кристала, укладений між двома пластинками конденсатора:

Принцип роботи кварцу

Дуже багато міфів ходить по інтернету саме про кварцовому резонаторі. Найпопулярніший міф свідчить так: якщо подати постійну напругу на кварцовий резонатор, він буде видавати змінну напругу з частотою, яка на ньому вказана. Щодо "частоти, зазначеної на ньому", я, може бути, погоджуся, але щодо постійної напруги - на жаль. Кристал кварцу просто стиснеться або разожмется). Деякі взагалі до сих пір думають, що кварц сам по собі видає змінний струм) Ага).

Для того, щоб зрозуміти принцип роботи кварцового резонатора, треба розглянути його еквівалентну схему:

С - це власне ємність між обкладинками конденсатора. Тобто якщо прибрати кристал кварцу, то залишаться дві пластини і їх висновки. Саме вони і володіють цією ємністю.

С1 - це динамічна ємність самого кристала. Динамічна - це значить проявляється при роботі кварцу. Її значення кілька фемтоФарад. Фемто - це 10-15!

L1 - це динамічна індуктивність кристала. Вона може досягати кілька тисяч Генрі!

R1 - динамічний опір, при роботі кварцу може досягати від декількох Ом і до декількох кіло

Можна помітити, що С1, L1 і R1 утворюють послідовний коливальний контур , Який має свою резонансною частотою.

Принцип роботи кварцового резонатора такий: якщо до обкладкам кварцового резонатора підвести змінну напругу, то його платівка почне коливатися з частотою підведеної напруги. Якщо підведена частота буде збігатися з власною резонансною частотою коливання кварцу, то настане резонанс. Напруга на обкладка кварцу різко зростає. В цьому випадку кварцовий резонатор поводиться, як налаштований на певну частоту коливальний контур з дуже високою добротністю .

Кожен кварц має різні частоти послідовного і паралельного резонансу. Якщо ми бачимо на кварці ось такий напис

це говорить нам про те, що на частоті послідовного резонансу ми можемо порушити цей кварц на частоті 8 мегагерц. В основному кварц працює на частоті послідовного резонансу. Тут також є ще одне правило: якщо частота маркується в цілих числах в кілогерц - це робота на основній гармоніці, а якщо в мегагерц через кому - це обертони гармоніка. Наприклад: РГ-05-18000кГц - резонатор для роботи на основній частоті, а РГ-05-27,465МГц - для роботи на 3-му обертонів.

І запам'ятайте раз і назавжди:

Також рекомендую до прочитання продовження статті, яка називається кварцовий генератор.