Un risonatore al quarzo è un dispositivo elettronico basato sull'effetto piezoelettrico e sulla risonanza meccanica. Viene utilizzato dalle stazioni radio, dove imposta la frequenza portante, in ore e timer, fissandovi un intervallo di 1 secondo.
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Che cos'è e perché è necessario
Il dispositivo è una sorgente che fornisce oscillazioni armoniche ad alta precisione. Ha, rispetto agli analoghi, una maggiore efficienza del lavoro, parametri stabili.
I primi campioni di dispositivi moderni apparvero nelle stazioni radio nel 1920-1930. come elementi con funzionamento stabile, in grado di impostare la frequenza portante. Sono:
- sostituirono i risonatori a cristalli di sale di Rochelle, apparsi nel 1917 a seguito dell'invenzione di Alexander M. Nicholson e caratterizzati da instabilità;
- hanno sostituito il circuito precedentemente utilizzato con una bobina e un condensatore, che non differivano per il fattore di alta qualità (fino a 300) e dipendevano dalle variazioni di temperatura.
Poco dopo, i risuonatori al quarzo sono diventati parte integrante di timer e orologi. Componenti elettronici con una frequenza di risonanza naturale di 32768 Hz, che in un contatore binario a 15 bit imposta un intervallo di tempo di 1 secondo.
I dispositivi sono utilizzati oggi in:
- orologi al quarzo, fornendo loro la precisione del lavoro, indipendentemente dalla temperatura ambiente;
- strumenti di misura, garantendo loro un'elevata precisione degli indicatori;
- ecoscandagli marini, che vengono utilizzati nella ricerca e nella creazione di mappe di fondale, nella riparazione di scogliere, fondali bassi, nella ricerca di oggetti nell'acqua;
- circuiti corrispondenti a oscillatori di riferimento che sintetizzano le frequenze;
- schemi utilizzati per l'indicazione d'onda di SSB o segnale telegrafico;
- stazioni radio con segnale DSB a frequenza intermedia;
- filtri passa banda ricevitori di tipo supereterodina, che sono più stabili e di buona qualità rispetto ai filtri LC.
I dispositivi sono realizzati con diverse custodie. Sono divisi in output, utilizzati nel montaggio in blocco, e SMD, utilizzati nel montaggio in superficie.
Il loro funzionamento dipende dall'affidabilità del circuito di commutazione, che influisce su:
- deviazione di frequenza dal valore richiesto, stabilità dei parametri;
- tasso di invecchiamento del dispositivo;
- capacità di carico.
Proprietà di un risonatore al quarzo
Supera gli analoghi esistenti in precedenza, il che rende il dispositivo indispensabile in molti circuiti elettronici e spiega la portata del dispositivo.Ciò è confermato dal fatto che nel primo decennio dall'invenzione negli Stati Uniti (senza contare gli altri paesi) sono stati prodotti più di 100mila dispositivi.
Tra le proprietà positive dei risuonatori al quarzo, che spiegano la popolarità e la domanda di dispositivi:
- fattore di buona qualità, i cui valori - 104-106 - superano i parametri degli analoghi precedentemente utilizzati (hanno un fattore di qualità di 300);
- piccole dimensioni, misurabili in frazioni di millimetro;
- resistenza alla temperatura, sue fluttuazioni;
- lunga durata;
- facilità di fabbricazione;
- la possibilità di costruire filtri a cascata di alta qualità senza utilizzare impostazioni manuali.
I risonatori al quarzo hanno anche degli svantaggi:
- gli elementi esterni consentono di regolare la frequenza in un intervallo ristretto;
- avere una struttura fragile;
- non tollerare il calore eccessivo.
Il principio di funzionamento di un risonatore al quarzo
Il dispositivo funziona sulla base dell'effetto piezoelettrico, che si manifesta su una lastra di quarzo, ea bassa temperatura. L'elemento è ritagliato da un singolo cristallo di quarzo, osservando l'angolo specificato. Quest'ultimo determina i parametri elettrochimici del risonatore.
I piatti sono rivestiti su entrambi i lati con uno strato di argento (sono adatti platino, nichel, oro). Quindi vengono fissati saldamente nell'alloggiamento, che è sigillato. Il dispositivo è un sistema oscillatorio che ha una propria frequenza di risonanza.
Quando gli elettrodi sono sottoposti ad una tensione alternata, la lastra di quarzo, che ha una proprietà piezoelettrica, si piega, si contrae, si sposta (a seconda del tipo di lavorazione del cristallo). Allo stesso tempo, in esso appare un contro-EMF, come accade in un induttore situato in un circuito oscillatorio.
Quando viene applicata una tensione con una frequenza coincidente con le vibrazioni naturali della piastra, nel dispositivo si osserva una risonanza. Contemporaneamente:
- un elemento di quarzo aumenta l'ampiezza delle oscillazioni;
- la resistenza del risonatore è notevolmente ridotta.
L'energia necessaria per mantenere le oscillazioni è bassa nel caso di frequenze uguali.
Designazione di un risonatore al quarzo sul circuito elettrico
Il dispositivo è designato in modo simile a un condensatore. Differenza: tra i segmenti verticali è posizionato un rettangolo, il simbolo di una lastra di cristallo di quarzo. I lati del rettangolo e la piastra del condensatore sono separati da uno spazio vuoto. Nelle vicinanze del diagramma potrebbe esserci una lettera di designazione del dispositivo: QX.
Come testare un risonatore al quarzo
I problemi con i piccoli elettrodomestici sorgono se ricevono un forte colpo. Ciò accade quando i dispositivi contenenti risonatori nel progetto cadono. Questi ultimi falliscono e richiedono la sostituzione secondo gli stessi parametri.
Il controllo delle prestazioni del risonatore richiede un tester. È assemblato secondo un circuito basato su un transistor KT3102, 5 condensatori e 2 resistori (il dispositivo è simile a un oscillatore al quarzo assemblato su un transistor).
Il dispositivo deve essere collegato alla base del transistor e al polo negativo nelle connessioni collegate, connessioni, protezione installando un condensatore di protezione. L'alimentazione del circuito di commutazione è costante - 9 V. Inoltre, si collegano all'ingresso del transistor, alla sua uscita - attraverso il condensatore - un frequenzimetro, che fissa i parametri di frequenza del risuonatore.
Lo schema viene utilizzato durante l'impostazione del circuito di oscillazione.Quando il risonatore è in buone condizioni, quando collegato, produce oscillazioni che portano alla comparsa di una tensione alternata all'emettitore del transistor. Inoltre, la frequenza della tensione coincide con una caratteristica simile del risuonatore.
Il dispositivo è difettoso se il frequenzimetro non rileva il verificarsi di una frequenza o determina la presenza di una frequenza, ma è molto diverso dal valore nominale o cambia notevolmente quando la custodia viene riscaldata con un saldatore.
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