Resonator kuarsa: tujuan, aplikasi, prinsip tindakan, karakteristik penggunaan

Untuk apa resonator kuarsa?

Elektronik digital modern, lengkap dengan mikroprosesor dan mikrokontroler, tidak terpikirkan tanpa osilasi jam. Dan di mana osilasi jam diperoleh, ada pengoperasian generator dan sistem osilasi, dan di mana sistem osilasi berada, fenomena resonansi dan parameter penting seperti faktor kualitas pasti akan muncul. Di sini kita diperkenalkan dengan resonator kuarsa (osilator).

Resonator kuarsa (kuarsa) adalah generator osilasi elektromagnetik dengan keteguhan frekuensi tingkat tinggi, yang menggunakan sifat piezoelektrik dan mekanik pelat kuarsa.

Menurut prinsip operasi, resonator kuarsa adalah osilator dengan stabilisasi frekuensi kuarsa. Generator semacam itu digunakan sebagai generator utama yang sangat stabil dalam peralatan pengukuran, standar frekuensi dan waktu, jam kuarsa, serta berbagai peralatan elektronik.

Kerugian dari resonator kuarsa adalah hanya dapat dihasilkan pada frekuensi tetap yang ditentukan oleh frekuensi resonansi kuarsa, dan secara praktis tidak memungkinkan penyetelan frekuensi.

Semua sirkuit resonator kuarsa dibagi menjadi dua kelompok besar tergantung pada resonansi kuarsa apa (paralel atau seri) yang digunakan di dalamnya. Yang paling luas adalah rangkaian resonator kuarsa, di mana kuarsa beroperasi dekat dengan frekuensi resonansi paralelnya.

Jadi, resonator kuarsa di sirkuit elektronik adalah alternatif yang tidak ada duanya rangkaian osilasiterdiri dari kapasitor dan induktor. Keluarannya adalah faktor Q tertinggi dari resonator kuarsa. Sementara sirkuit LC yang baik mencapai faktor-Q 300, faktor-Q dari resonator kuarsa dapat mencapai hingga 10.000.000. Seperti yang Anda lihat, keunggulannya puluhan ribu kali. Dengan demikian, tidak ada rangkaian osilasi yang dapat dibandingkan dengan resonator kuarsa dalam hal faktor-Q.

Tak perlu dikatakan tentang efek suhu pada frekuensi resonansi. Frekuensi resonansi dari rangkaian osilasi yang sama sangat bergantung pada TKE (koefisien suhu kapasitansi) dari kapasitor yang memasukinya. Kuarsa, di sisi lain, memiliki stabilitas suhu yang sangat tinggi, oleh karena itu resonator kuarsa dengan kuat memegang posisinya sebagai sumber osilasi untuk generator frekuensi clock untuk berbagai keperluan.

Cara kerja resonator kuarsa

Untuk memahami bagaimana resonator kuarsa bekerja dan bekerja, cukup mengingat apa itu efek piezoelektrik… Bayangkan lempengan kuarsa suhu rendah (silikon dioksida) dipotong dari kristal dengan cara tertentu.Sudut di mana wafer dipotong dari kristal menentukan sifat elektromekanis dari resonator yang dihasilkan. Elektroda sekarang dipasang ke pelat ini di kedua sisi dengan menyimpan lapisan nikel, platina, emas atau perak, dan kabel padat dilekatkan padanya. Seluruh struktur ditempatkan di rumah tertutup kecil.

Dengan demikian, sistem osilasi elektromekanis diperoleh, yang memiliki (karena karakteristik alami kuarsa suhu rendah) efek piezoelektrik dan memiliki frekuensi resonansinya sendiri.

Jika sekarang tegangan bolak-balik diterapkan ke elektroda, yang frekuensinya mendekati frekuensi resonansi dari sistem osilasi yang dihasilkan, maka pelat akan mulai berkontraksi secara mekanis dan mengembang dengan amplitudo maksimum, dan karena efek piezoelektrik, semakin dekat frekuensi tegangan yang diberikan adalah resonansi, semakin rendah resistansi resonator. Ini adalah analogi resonator kuarsa dengan rangkaian osilator frekuensi tinggi. Hasilnya pada dasarnya analog dengan rangkaian LC seri.

Karakteristik resonator kuarsa

Resonator kuarsa dapat direpresentasikan dalam bentuk rangkaian ekuivalen, di mana C0 adalah kapasitansi pemasangan listrik yang dibentuk oleh pemegang kabel logam dan elektroda. C1, L dan R adalah kapasitansi, induktansi, dan resistansi aktif pelat langsung dengan elektroda, sebagai analog dari rangkaian osilasi nyata yang diperoleh karena sifat elektromekanis pelat.

Jika kami mengecualikan kapasitansi pemasangan C0 dari rangkaian, maka kami secara eksplisit akan mendapatkan rangkaian berosilasi seri.Adapun penunjukan resonator pada diagram terlihat seperti kapasitor dengan persegi panjang yang melambangkan kristal kuarsa di antara pelat.

Dalam proses perakitan dan pembongkaran resonator kuarsa pada papan dengan menyolder, harus diingat bahwa kuarsa yang terlalu panas di atas 573 ° C penuh dengan hilangnya sifat piezoelektrik kristal.