Эквивалентная электрическая схема пьезорезонатора
Эквивалентная электрическая схема пьезорезонатора - это математическая модель, которая описывает поведение пьезорезонатора, основанная на его механических и электрических характеристиках. Она является основой для расчета и проектирования кварцевых резонаторов.
Рисунок 6 Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора.
Основные компоненты эквивалентной электрической схемы пьезорезонатора включает резонансный контур. Резонансный контур представлен индуктивностью и ёмкостью, которые взаимодействуют друг с другом, образуя своего рода «колебательный контур». Пьезоэлектрический элемент может быть представлен как конденсатор, загруженный на обратную электрическую энергию, которая создается при деформации кварца. Это создает потенциальную разность, которая изменяется как функция времени, и вызывает колебания в резонансном контуре.
Конденсатор С0 на этом рисунке отображает наличие не связанной с пьезоэффектом ёмкости, которой обладают электроды, нанесённые на пьезоэлемент, проводники, соединяющие электроды с внешней цепью и кристаллодержатель. Ёмкость C0, называется параллельной или шунтирующей емкостью и имеет типичную величину порядка единиц пФ. Ёмкость С, индуктивность L и резистор R на рис.6 являются параметрами колебательного контура, эквивалентного пьезоэлектрическому резонатору. Эти три величины называют динамическими параметрами пьезорезонатора.
Сопротивления являются неотъемлемой частью эквивалентной электрической схемы пьезорезонатора, которые характеризуют потерю энергии в процессе колебаний. Обычно есть два типа сопротивлений, которые включают в себя активное сопротивление и сопротивление потерь. Активное сопротивление отражает сопротивление кварца и любых внешних элементов контура, а сопротивление потерь отражает потерю энергии в контуре, такую как потери в проводах и окружающей среде.
Внешние емкости являются емкостями, которые имеются в контуре кварцевого резонатора, например, сигнальной и нагрузочной емкостями, которые могут влиять на поведение резонатора при различных условиях.
Общие принципы эквивалентной электрической схемы пьезорезонатора заключаются в создании математической модели, которая описывает механическую и электрическую связь между пьезоэлементом и резонансным контуром. Эта схема может быть использована для определения частоты резонанса, качества фактора, добротности и других параметров, необходимых для оптимизации производства кварцевых резонаторов.
Успешное применение эквивалентной электрической схемы пьезорезонатора может привести к повышению точности, стабильности, долговечности и надежности кварцевых резонаторов, что делает их основной технологией для многих приложений, от научных и промышленных исследований до медицинских и оборонных целей.
Конструкция кварцевого резонатора
Конструкция кварцевого резонатора состоит из нескольких элементов, каждый из которых выполняет свою уникальную функцию.
Рисунок 7 Пример конструкции кварцевого резонатора.
Пьезоэлектрический кристалл - это кристаллический элемент, который отвечает за генерацию механических колебаний, которые затем переносятся в резонансный контур. Кварцевые кристаллы выбираются для производства резонаторов благодаря их пьезоэлектрическим свойствам, что означает, что они могут превращать электрическую энергию в механические колебания.
Держатель кристалла - это устройство, которое фиксирует кристалл в позиции и обеспечивает ему необходимую опорную структуру.
Кварцевые резонаторы могут быть различной формы и размеров, но независимо от их дизайна, все элементы конструкции должны работать вместе, чтобы обеспечить стабильные и точные частоты резонанса. Кроме того, производители кварцевых резонаторов должны учитывать назначение своих изделий, чтобы выбрать наиболее подходящую конфигурацию и материалы для каждого элемента.
В итоге, конструкция кварцевого резонатора включает несколько уникальных элементов, включая фундаментальный резонансный контур, пьезоэлектрический кристалл, держатель кристалла, обмотки и магниты. Каждый из этих элементов является неотъемлемой частью системы, со своей уникальной функцией, необходимой для создания точного и стабильного резонанса.