Устройство и принцип работы кварцевого резонатора.

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.

Возбуждение колебаний в ПЭ осуществляется электрическим полем, создаваемым с помощью электродов резонатора, подключённых к внешней схеме генератора с источником питания. Форма, расположение и ориентация электродов относительно осей кристалла определяют вид возбуждаемых колебаний и их интенсивность.

Примеры конструкций кварцевых резонаторов.

Колебания сжатия-растяжения и сдвига могут быть возбуждены однородным электрическим полем, создаваемым двумя симметрично расположенными на теле ПЭ электродами. Для эффективного возбуждения колебаний изгиба и кручения необходимо создание неоднородного поля, имеющего противоположные направления в разных половинах ПЭ. При этом возникают противоположные деформации сжатия-растяжения или сдвига, совокупное действие которых вызывает изгиб или кручение. В радиотехнике при создании источников стабильной частоты в основном применяют кварцевые резонаторы с колебаниями сдвига по толщине, как наиболее высокодобротные и высокочастотные по сравнению с кварцевыми резонаторами с другими видами колебаний. При разработке конструкций толщинно-сдвиговых резонаторов следует исключать возможность возникновения других видов колебаний. Для повышения добротности и уменьшения потерь энергии механических колебаний в местах крепления ПЭ в кварцедержателе по периметру кварцевой пластины делают фаску или придают пластине линзообразную форму. В высокодобротных резонаторах иногда для отделения центральной колеблющейся части ПЭ от используемой для крепления периферийной части формируют концентрические глухие или сквозные канавки. Электрическое соединение электродов с выводами резонатора через арматуру кварцедержателя производят электропроводным клеем, упругими контактами, пайкой. Качество данного электрического соединения влияет на добротность резонатора. Вакуумированные резонаторы с откачанным из-под кожуха воздухом имеют более высокую добротность, чем газонаполненные. Помимо металлических корпусов широко применяют стеклянные, в последнее время для поверхностного монтажа применяют корпуса с керамическим основанием.

Типы кварцевых резонаторов.

Кварцевые резонаторы можно разделить на несколько типов.

По типу корпуса:

Для объемной установки (цилиндрические и стандартные).

Для поверхностного монтажа.

По материалу корпуса:

Металлические.

Стеклянные.

Пластиковые.

По форме корпуса:

Круглые.

Прямоугольные.

Цилиндрические.

Плоские.

По количеству резонансных систем:

Одинарные.

Двойные.

По защите корпуса:

Герметичные.

Негерметизированные.

Вакуумные.

По назначению:

Фильтровые.

Генераторные.

Заключение.

Развитие радиосвязи часто приводит к смене применяемых техничес-

ких решений. Например, всё меньше используются устройства связи с ана-

логовыми способами модуляции, во многих узлах аналоговая фильтрация

заменяется цифровыми способами. Внедряются в производство генераторы

на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС). Но задачи, связан-

ные с получением высокостабильных колебаний, становятся только более

насущными. Кварцевые резонаторы, имеющие беспрецедентно высокие

уровни добротности, и генераторы на их основе будут востребованы ещё

очень долго, если не всегда.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сивухин, Д. В. Электричество : учеб. пособие / Д. В. Сивухин. – 2-е

изд., испр. – М. : Наука, 1983. – 688 с. – (Общий курс физики).

2. Пьезоэлектрические резонаторы : справочник / В. Г. Андросова

[и др.] ; под ред. П. Е. Кандыбы и П. Г. Позднякова. – М. : Радио и связь,

1992. – 392 с.

3. Малов, В. В. Пьезорезонансные датчики / В. В. Малов. – М. : Энер-

гоатомиздат, 1989. – 272 с.

4. Най, Дж. Физические свойства кристаллов и их описание при по-

мощи тензоров и матриц / Дж. Най. – 2-е изд. – М. : Мир, 1967. – 385 с.

5. Смагин, А. Г. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы /

А. Г. Смагин, М. И. Ярославский. – М. : Энергия, 1970. – 488 с.

12. Плонский, А. Ф. Кварцевые резонаторы / А. Ф. Плонский // Мас-

совая радиобиблиотека. – Вып. 195. – М. : Государственное энергетиче-

ское издательство, 1954. – 96 с.

132

13. Альтшуллер, Г. Б. Экономичные миниатюрные кварцевые гене-

раторы / Г. Б. Альтшуллер, Н. Н. Елфимов, В. Г. Шакулин. – М. : Связь,

1979. – 160 с.

14. Альтшуллер, Г. Б. Кварцевые генераторы : справ. пособие /

Г. Б. Альтшуллер, Н. Н. Елфимов, В. Г. Шакулин. – М. : Радио и связь,

1984. – 232 с.