Кварцевые резонаторы

Типовые схемы

Кварц – это диэлектрик, а устройство конструкции делает его очень похожим на конденсатор, которым он, по сути, и является. В некоторых радиоустройствах при неграмотном проектировании может наблюдаться микрофонный эффект, когда при ударах возникает случайная генерация. Это связано с пьезоэлектрическим эффектом в некоторых керамических конденсаторах.

Разработано множество типовых схем включения кварцевых резонаторов в качестве частотозадающих элементов генераторов и фильтров. Все области применения основаны на эквивалентной схеме, которая представляет собой параллельный колебательный контур.

Эквивалентная схема

В зависимости от того, какой тип схемы используется, сигнал генератора может быть как синусоидальным, так и прямоугольным. Задающие генераторы аналоговых устройств, гетеродины, генераторы несущих частот используют исключительно синусоидальные сигналы. Для работы цифровой техники нужны генераторы прямоугольных импульсов.

Для обеспечения высокой точности установки частоты задающего генератора некоторые устройства имеют цепи термостабилизации. Для этого часть схемы вместе с кварцевым генератором помещается в герметичный теплоизолированный корпус с нагревательным элементом. Зачем нужен нагреватель? Он предназначен для того, чтобы поддерживать стабильную температуру, заведомо большую, чем у окружающей среды.

Поскольку кварцевый резонатор имеет много общего с конденсатором, их обозначение также имеет некоторое сходство. На схеме он обозначается двумя параллельными линиями, обкладками, между которыми находится прямоугольный элемент.

Условное обозначение

Геометрия пластины

Кварцевые пластины вырезаются под различным углом к осям кристалла. Исторически первые пластины вырезались перпендикулярно электрической оси, имели прямоугольную форму и колебались продольно. Такой выбор объяснялся тем, что в таких пластинах пьезоэффект максимален. Однако подобные резонаторы имеют и существенные недостатки: наличие побочных резонансов и температурную нестабильность. Поэтому в настоящее время такие резонаторы применяются редко.

Попытки усовершенствовать кварцевые резонаторы привели к созданию «косых» срезов, которые более сложны в изготовлении, но обладают массой достоинств, одни из которых высокая температурная стабильность и малое количество побочных резонансов. От геометрии пластины напрямую зависит и резонансная частота кварца. В практике используются десятки видов срезов кристаллических элементов, удовлетворяющих всему многообразию требований к кварцевым резонаторам как по параметрам, так и по их геометрическим размерам, часто лимитируемым конструкцией аппаратуры. Геометрия пьезоэлемента подбирается так, чтобы связанные колебания сдвига по контуру и колебания изгиба не влияли на частоту или чтобы их связь с основным резонансом не проявлялась в пределах рабочего интервала температур.

Резонансная частота является важным параметром, характеризующим кварцевые резонаторы. В настоящее время выпускаются кварцы на резонансные частоты от сотен герц до сотен мегагерц. Кварцевые резонаторы, предназначенные для работы в низкочастотном диапазоне, обычно резонируют на основной (или, как ещё говорят, фундаментальной) гармонике. Исходный кристалл при изготовлении таких резонаторов распиливается параллельно одной из осей кристаллической решетки. Для высокочастотных резонаторов кристалл пилится по другим осям, а вот «гармониковые» кварцы, предназначенные для работы на частотах доходящих вплоть до 150–300 МГц, изготавливают особенно тщательно.

Принцип работы кварцевого резонатора

Работает прибор на основе пьезоэффекта, проявляющегося на пластинке из кварца, причем низкотемпературного. Элемент вырезают из цельного кристалла кварца, соблюдая задаваемый угол. Последний определяет электрохимические параметры резонатора.

Пластинки с обеих сторон покрывают слоем серебра (подходит платина, никель, золото). Затем их прочно фиксируют в корпусе, который герметизируется. Устройство представляет колебательную систему, которая обладает собственной резонансной частотой.

Когда электроды подвергаются переменному напряжению, пластинка из кварца, обладающая пьезоэлектрическим свойством, изгибается, сжимается, сдвигается (зависит от типа обработки кристалла). Одновременно в ней появляется противо-ЭДС, как это происходит в катушке индуктивности, находящейся в колебательном контуре.

Когда подается напряжение с частотой, совпадающей с собственными колебаниями пластинки, то в устройстве наблюдается резонанс. Одновременно:

• у элемента из кварца увеличивается амплитуда колебаний;
• сильно уменьшается сопротивления резонатора.

Энергия, которая необходима для поддержания колебаний, в случае равенства частот низкая.

Принцип действия

На пластинку, тонкий цилиндр, кольцо или брусок, вырезанные из кристалла кварца с определённой ориентацией относительно кристаллографических осей монокристалла нанесены 2 или более электродов — проводящие полоски.

Резонатор механически крепится в узлах рабочей моды колебаний, чтобы снизить потери колебательной энергии через крепление. Для данной моды колебаний кристалл имеет некоторую резонансную частоту механических колебаний, причем на этой частоте добротность механического резонатора очень высока.

При подаче напряжения на электроды благодаря пьезоэлектрическому эффекту происходит изгиб, сжатие или сдвиг в зависимости от того, каким образом вырезан кристалл относительно кристаллографических осей, конфигурации возбуждающих электродов и расположения точек крепления..

Собственные колебания кристалла в результате обратного пьезоэлектрического эффекта наводят на электродах дополнительную ЭДС и поэтому кварцевый резонатор электрически ведёт себя подобно резонансной цепи, — колебательному контуру, составленному из конденсаторов, индуктивности и резистора, причем добротность этой воображаемой электрической цепи очень велика и близка к добротности собственных механических колебаний кристалла.

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 электрического колебательного контура.

Условное обозначение кварцевого резонатора (сверху) и его эквивалентная схема (снизу)

Эквивалентная схема

C0 — собственная ёмкость кристалла, образуемая кристаллодержателем и/или обкладками резонатора;

C1, L1 — эквивалентные ёмкость и индуктивность механической колебательной системы резонатора;

R1 — эквивалентное сопротивление потерь механической колебательной системы.

Кварцевый резонатор-структура, принцип работы, как проверить

Резонатором называют систему способную на колебательные движения с максимальной амплитудой при определённых условиях. Кварцевый резонатор — пластина из кварца, обычно в форме параллелепипеда, действует так при подаче переменного тока (частота для разных пластин различна). Рабочую частоту этой детали определяет её толщина. Зависимость здесь обратная. Наибольшую частоту (не превышающую при том 50 МГц) имеют самые тонкие пластины.

В редких случаях можно добиться частоты в 200 МГц. Это допустимо только при работе на обертоне (неосновной частоте, превышающей основной показатель). Специальные фильтры способны погасить основную частоту кварцевой пластины и выделить кратную ей обертоновую.

Для работы подходят только нечётные гармоники (другое название обертонов). К тому же, при их использовании показания по частоте увеличиваются на более низких амплитудах. Обычно максимальным становится девятикратное уменьшение высоты волны. Далее засечь изменения становится затруднительно.

Кварц относится к диэлектрикам. В комбинации с парой металлических электродов он превращается в конденсатор, но его ёмкость мала и нет смысла её замерять. На схеме эта деталь отображается как кристаллический прямоугольник между пластинами конденсатора. Кварцевой пластине, как и иным упругим телам, свойственно наличие собственной резонансной частоты, зависящей от её размера.

Пластины малой толщины имеют более высокую резонансную частоту. Как итог: необходимо лишь выбрать пластину с такими параметрами, при которых частота механических колебаний совпадала бы с приложенной к пластине частотой переменного напряжения.

Кварцевая пластина, пригодна только при использовании переменного тока, поскольку постоянный ток может спровоцировать лишь единичное сжатие или разжатие.

В результате очевидно, что кварц является весьма простой резонансной системой (со всеми свойствами, присущими для колебательных контуров), но это вовсе не снижает качество его работы.

Кварцевый резонатор является даже более действенным. Показатель добротности у него составляет 105 — 107. Резонаторы из кварца увеличивают общий срок службы конденсатора за счёт своей температурной устойчивости, долговечности и технологичности. Удобства в применении добавляют и небольшие размеры деталей. Но самое главное достоинство — способность обеспечивать стабильную частоту.

В любом случае, кварцевые резонаторы весьма популярны, и используются в часах, многочисленной радиоэлектронике и иных приборах. В некоторых странах кварцевые пластины устанавливаются прямо на тротуарах, а люди продуцируют энергию просто ходя туда и обратно.

Принцип работы

Функции кварцевого резонатора обеспечиваются пьезоэлектрическим эффектом. Данное явление провоцирует возникновение электрического заряда в случае, если происходит механическая деформация некоторых типов кристаллов (из природных сюда относят кварц и турмалин).

Сила заряда при этом находится в прямой зависимости от силы деформации. Это называют прямым пьезоэлектрическим эффектом. Суть обратного пьезоэлектрического эффекта заключается в том, что если на кристалл воздействовать электрическим полем, он будет деформироваться.

Проверка работоспособности

Существует несколько несложных методов проверки состояния кварца в механизме. Вот пара из них:

1. Чтобы достаточно точно определить состояние резонатора, потребуется подсоединить к генератору на выход осцилограф или частометр. Требуемые данные можно будет вычислить при помощи фигур Лиссажу. Однако, при подобных обстоятельствах возможно непреднамеренное возбуждение колебательных движений кварца как на обертонических, так и на основных частотах. Это может создавать неточность замеров. Такой метод может быть использован в диапазоне от 1 до 10 МГц.
2. Частота работы генератора зависит от кварцевого резонатора. При подаче энергии генератор продуцирует импульсы, совпадающие с частотой основного резонанса. Череда этих импульсов пропускается через конденсатор, который отсеивает постоянный компонент, оставляя только обертоны, а сами импульсы передаются аналоговому частометру. Его легко можно сконструировать из двух диодов, конденсатора, резистора и микроамперметра. В зависимости от показаний по частоте будет изменяться и напряжение на конденсаторе. Данный метод тоже не отличается точностью и может применятся только в диапазоне от 3 до 10 МГц.

В целом, достоверную проверку кварцевых резонаторов можно осуществлять только при их замене. Да и подозревать поломку резонатора в механизме стоит только в самом крайнем случае. Хотя к портативной электронике, подверженной частым падениям, это не относится.

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.

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. Часто обозначается как эквивалентное последовательное сопротивление ESR.

Динамическая индуктивность L1 – Параметр, характеризующий эквивалент массы в колебательном контуре. Динамическая индуктивность L1 кварцевых резонаторов изменяется в интервале от тысяч Гн для резонаторов низких частот до нескольких мГн для высокочастотных резонаторов.

Частота резонанса F – частота, определяемая в соответствии с формулой (5)

Емкость нагрузки СL

Рис. 2. Согласование емкости нагрузки

Измеренное или вычисленное значение емкости, включенной параллельно с кварцевым резонатором. Резонансная частота кварца, включенного в реальную электрическую цепь, будет изменяться в некоторых пределах при разных значениях емкости нагрузки. Для упрощения взаимодействия заказчиков и производителей резонаторов практикуется настройка резонаторов при определенном значении нагрузочной емкости. В этом случае измеренная частота должна соответствовать номинальной с учетом указанной точности настройки.

Как правило, для согласования емкости нагрузки используют конденсаторы Cg , подключаемые между выводами кварцевого резонатора и общим проводом (рисунок 2). Расчет номинала емкости конденсаторов Cg осуществляется по формуле (6), где CL – емкость нагрузки, указанная в технической документации, а CS – значение паразитной емкости (примерно 5 пФ).

Например, для емкости нагрузки равной 16 пФ имеем

Cg = 2·(16-5) = 22 пФ

Уровень управления (drive level)

Обычно определяется как мощность, рассеиваемая кварцевым резонатором. Минимальное значение этого параметра определяется количеством энергии, необходимой для нормального запуска резонатора и обеспечения устойчивых колебаний. Однако повышенное значение этого параметра может вызвать ухудшение параметров старения и механические повреждения кристалла.

Главная —
Микросхемы —
DOC —
ЖКИ —
Источники питания —
Электромеханика —
Интерфейсы —
Программы —
Применения —
Статьи

О деталях устройства

Часть платы собрана на выводных деталях, а часть на SMD. Плата разработана под ЖКИ индикатор “Винстар” однострочный WH1601A (это тот у которого контакты слева вверху), контакты 15 и 16, служащие для подсветки, не разведены, но кому надо может для себя добавить дорожки и детали. Я не развёл подсветку так как применил индикатор без подсветки от какого-то телефона на таком-же контроллере, но сначала стоял винстаровский. Кроме WH1601A можно применить WH1602B – двухстрочный, но вторая строка задействована не будет. Вместо транзистора, что на схеме можно применить любой такой же проводимости желательно с бОльшим h21. На плате разведены два входа питания, один от мини USB, другой через мост и 7805. Также предусмотрено место под стабилизатор в другом корпусе.

КАК ЗАКАЗАТЬ КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР С ТРЕБУЕМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ?

Выбор со склада:

На складе компании КОМПЭЛ в широком ассортименте поддерживаются кварцевые резонаторы и генераторы различных серий на различные частоты со стандартными значениями нестабильности частоты и нагрузочной емкости (Сl).

Набрав в окне поиска на сайте www.compel.ru (правый верхний угол страницы) наименование интересующей Вас серии кварцевого резонатора, Вы увидите список всех ее компонентов, которые поддерживаются на складе в данный момент.

Пример: KX-KT 13.56 MHz

Поставка на заказ:

Если компонент требуемой серии с необходимыми значениями частоты и ее отклонения, нагрузочной емкости и диапазоном рабочих температур отсутствует на складе, составьте и отправьте Вашему менеджеру запрос, руководствуясь примерами ниже:

Пример запроса кварцевого резонатора серии KX-9A на стандартную частоту 25 МГц со стандартным отклонением ±30 ppm, стандартной емкостью нагрузки 16пф и диапазон рабочих температур -20…70°С: KX-9A 25.0 MHz;

Пример запроса кварцевого резонатора серии KX-9A на нестандартную частоту 26,3МГц с нестандартным отклонением ±10 ppm, с нестандартной емкостью нагрузки 12 пф и диапазоном рабочих температур -40…85°С: KX-9AT 26,3MHz 12pF 10 ppm.

Подробную информацию о продукции Geyer Electronic можно найти на сайте: https://www.geyer-electronic.com/ в разделе Frequency Control Products.

Рис. 3. Внешний вид некоторых серий кварцевых резонаторов, кварцевых генераторов и керамических резонаторов для поверхностного монтажа Geyer Electronic

По вопросам получения технической информации, заказа образцов и поставки обращайтесь в компанию КОМПЭЛ. Е-mail

Новая серия кварцевых резонаторов

Компания Geyer Electronic объявила о начале выпуска новой серии кварцевых резонаторов в CMD-корпусах КХ-8. Размеры изделий составляют 4,0х2,5 мм, а высота 0,8 мм. Частотный диапазон от 12 до 60 МГц с допуском от ±10 ppm до ±50 ppm при температуре от -20 до 70С°. Допустимая емкость нагрузки от 10 до 16 пФ. Резонаторы поставляются также для расширенного температурного диапазона и специфицированы для пайки методом плавления припоя. Резонаторы найдут применение в сфере телекоммуникаций и беспроводной связи.

•••

Свойства кварцевого резонатора

Какие бывают счетчики электроэнергии Нева?

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.

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.

КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ GEYER ELECTRONIC

Geyer Electronic выпускает кварцевые генераторы для тактирования цифровых схем. Кварцевый генератор — это кварцевый резонатор и схема автогенератора в одном корпусе. В последние годы все большую популярность приобретают кварцевые генераторы в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа. Их основные параметры сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Кварцевые генераторы Geyer Electronic для поверхностного монтажа

1, 2 — см. сноски для таблицы 1 4 ±50 (±100) в скобках указано значение нестабильности для диапазона температур от -40 до 85°С 5 доступны с напряжениями питания 1,8/2,5/3,0 B (с допуском ±10%)

Большинство современных микроконтроллеров и цифровых процессоров уже содержат встроенную схему автогенератора. Остается только подключить внешний кварцевый резонатор. Однако для многих приложений удобнее именно кварцевый генератор. В этом случае устройство получается компактнее и надежнее, а разработчику остается только правильно выбрать подходящий генератор. Расчет, изготовление и настройка собственной схемы кварцевого генератора для частот более 30…40 МГц требует определенных профессиональных знаний, опыта и специального оборудования. Даже на частотах до 30 МГц генератор, собранный на дискретных компонентах, часто запускается не на той частоте. Применение готового кварцевого генератора всегда гарантирует стабильный результат при меньшей занимаемой площади на печатной плате. Большинство серий кварцевых генераторов Geyer Electronic имеют вход для отключения выхода (перевода в третье состояние с большим выходным сопротивлением). Кварцевые генераторы широко применяют в портативных радиостанциях, в качестве опорных генераторов в GPS- или ГЛОНАСС-навигаторах, в системах точного измерения времени.

Компания также выпускает следующие типы кварцевых генераторов:

• кварцевые генераторы, управляемые напряжением (VCXO- Voltage Controlled Crystal Oscillator). Частоту такого генератора в определенных пределах можно изменить, подавая управляющее напряжение на соответствующий вход;
• термокомпенсированные кварцевые генераторы (TCXO- Temperature Compensated Crystal Oscillator). Эти генераторы имеют высокую температурную стабильность благодаря аналоговому или цифровому методу компенсации зависимости частоты от температуры. Термокомпенсированные кварцевые генераторы применяются в устройствах, где требуется быстрый выход на рабочий режим и повышенная стабильность частоты (радиолокационные станции, опорные генераторы мобильных и переносных радиопередающих устройств и т.п.);
• термокомпенсированные кварцевые генераторы, управляемые напряжением (VCTCXO- Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator). Возможность корректировки частоты внешним управляющим напряжением позволяет при необходимости еще больше повысить стабильность генерируемой частоты. Генераторы, управляемые напряжением применяются в системах фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), частотной модуляции (ЧМ), импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

Для многих разработчиков могут представлять интерес керамические резонаторы Geyer Electronic серий KX-ZTT, KX-ZTA, KX-XTB.

С помощью рисунка 3 можно легко сравнить габаритные размеры разных серий кварцевых резонаторов, генераторов и керамических резонаторов Geyer Electronic.

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

Принцип действия кварцевых резонаторов и генераторов

Принцип работы кварцевых резонаторов основан на применении пьезоэлектрического эффекта.

Некоторые вещества и кристаллы обладают несимметричной структурой (ацентрические кристаллы). Механические силы, действующие на такие кристаллы, вызывают в них не только механические напряжения, но и электрическую поляризацию. В результате на поверхности кристалла образуются заряды. Такой эффект и называют прямым пьезоэлектрическим эффектом, а кристаллы, соответственно, пьезоэлектриками. Самым распространенным пьезоэлектрическим материалом являются кристаллы кварца.

Существует и обратный пьезоэффект: при воздействии на пьезоэлектрик электрического поля в его структуре возникают механические деформации.

Кварцевый резонатор представляет собой специальным образом распиленный, обработанный и сориентированный кристалл кварца, с внешними электродами, расположенными с противоположных сторон. В процессе работы такой резонатор использует и прямой, и обратный пьезоэффект, в нем происходит постоянное преобразование электрического поля в механические деформации и обратно. Однако, с точки зрения электрической схемы, эти механические колебания остаются в стороне, хотя играют важнейшую роль, поскольку они во многом определяют резонансную частоту.

Внешне конструкция резонатора напоминает конструкцию конденсатора, но наличие пьезоэффекта определяет некоторые особенности его поведения. Характер изменения проводимости в области частот, близких к резонансу, оказывается таким же, как и у колебательного контура, что позволяет применять эквивалентную схему замещения. Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора содержит четыре элемента (рис. 1). Элементы L1, C1, R1 называют динамическими или эквивалентными индуктивностью, емкостью и сопротивлением соответственно. Емкость С0 называют параллельной емкостью. Такая схема хорошо объясняет наличие резонансной частоты.

Рис. 1. Эквивалентная схема кварцевого резонатора

Кварцевый генератор представляет собой комплексный компонент, который содержит генератор, кварцевый резонатор и цепи управления. Простейшая схема включения кварцевого генератора требует только подачи питающего напряжения (рис. 2).

Рис. 2. Схема включения стандартного кварцевого генератора

Генераторы имеют целый ряд важных параметров, определяющих их применимость в тех или иных случаях.

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)

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.

Заключение

В статье было рассмотрено, как проверить работоспособность таких элементов электрических схем, как частота кварцевого резонатора, а также их свойство. Были обговорены способы установления необходимой информации, а также возможные причины, почему они выходят из строя во время эксплуатации. Но для избегания негативных последствий всегда трудитесь с ясной головой — и тогда работа кварцевого резонатора будет меньше беспокоить.

Резонатором называют систему способную на колебательные движения с максимальной амплитудой при определённых условиях. Кварцевый резонатор — пластина из кварца, обычно в форме параллелепипеда, действует так при подаче переменного тока (частота для разных пластин различна). Рабочую частоту этой детали определяет её толщина. Зависимость здесь обратная. Наибольшую частоту (не превышающую при том 50 МГц) имеют самые тонкие пластины.

В редких случаях можно добиться частоты в 200 МГц. Это допустимо только при работе на обертоне (неосновной частоте, превышающей основной показатель). Специальные фильтры способны погасить основную частоту кварцевой пластины и выделить кратную ей обертоновую.

Кварц относится к диэлектрикам. В комбинации с парой металлических электродов он превращается в конденсатор, но его ёмкость мала и нет смысла её замерять. На схеме эта деталь отображается как кристаллический прямоугольник между пластинами конденсатора. Кварцевой пластине, как и иным упругим телам, свойственно наличие собственной резонансной частоты, зависящей от её размера. Пластины малой толщины имеют более высокую резонансную частоту. Как итог: необходимо лишь выбрать пластину с такими параметрами, при которых частота механических колебаний совпадала бы с приложенной к пластине частотой переменного напряжения. Кварцевая пластина, пригодна только при использовании переменного тока, поскольку постоянный ток может спровоцировать лишь единичное сжатие или разжатие.

В результате очевидно, что кварц является весьма простой резонансной системой (со всеми свойствами, присущими для колебательных контуров), но это вовсе не снижает качество его работы.

Кварцевый резонатор является даже более действенным. Показатель добротности у него составляет 10 5 — 10 7 . Резонаторы из кварца увеличивают общий срок службы конденсатора за счёт своей температурной устойчивости, долговечности и технологичности. Удобства в применении добавляют и небольшие размеры деталей. Но самое главное достоинство — способность обеспечивать стабильную частоту.

К числу минусов относят лишь узость диапазона сонастройки имеющейся частоты с частотой внешних элементов.

В любом случае, кварцевые резонаторы весьма популярны, и используются в часах, многочисленной радиоэлектронике и иных приборах. В некоторых странах кварцевые пластины устанавливаются прямо на тротуарах, а люди продуцируют энергию просто ходя туда и обратно.

Похожие записи:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока Ретро проводка в современном доме Где используется фидерный кабель Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине