Кварцевые резонаторы нашли самое широкое применение в электронике. Их можно найти в 90% бытовой техники. Но мало кто из нас знает, что это за прибор, для чего нужен и где конкретно применяется. В данной статье я постараюсь устранить этот пробел, не затрагивая высоких материй.
Устройство и принцип работы
Кварцевый резонатор, на сленге электронщиков именуемый «кварц», представляет собой пластинку того или иного размера, вырезанную из монокристалла кварца. На пластинку методом напыления нанесены два электрода. Сам кристалл крепится в специальных подвижных держателях, которые одновременно являются выводами.
Конструкция кварцевого резонатора
На фото цифрами обозначены:
- 1 – кварцевая пластина;
- 2 – токопроводящее напыление;
- 3 – держатель;
- 4 – вывод.
При подаче на резонатор купить кварцевую пластину напряжения за счет обратного пьезоэлектрического эффекта пластина изгибается или растягивается — все зависит от того, в какой плоскости кристалла кварца она была вырезана.
Деформация кварцевой пластины при подаче на нее напряжения
На самом деле видов деформации больше – сдвиг по толщине, контуру, камертонный сдвиг и т.п. Все зависит от угла среза кристалла относительно его кристаллографических осей.
При совпадении частоты подаваемого на выводы резонатора напряжения с резонансной частотой кристалла, амплитуда деформации последнего становится максимальной. При этом благодаря пьезоэлектрическому эффекту сам кристалл на электродах наводит дополнительную ЭДС. В таком режиме кристалл становится аналогом колебательного LC контура. Причем добротность этого контура очень высока – намного выше любой LC цепочки.
Стоит частоте немного «уйти», как кварц выйдет из резонанса и энергозатраты на поддержание его колебаний существенно увеличатся. Но пока уход частоты невелик, кварц находится в резонансе и заставляет генератор поддерживать эту частоту, требуя для поддержания колебаний минимум энергии.
Факт. Таким образом, кварцевый резонатор благодаря исключительно высокой добротности является высокоточным стабилизатором колебаний генератора, заставляя его работать на строго заданной частоте.
Какова резонансная частота кварцевого резонатора? Все будет зависеть от угла среза кристалла, геометрических размеров пластины, ее веса и применения тех или иных технологических приемов, которых множество. То есть этот параметр закладывается при производстве кварца и не может быть произвольно изменен. Сегодня промышленность выпускает кварцы на самые различные частоты – от десятков килогерц до десятков мегагерц.