Принцип работы резонатора кварцевого: для чего нужен, как проверить мультиметром, маркировка

Содержание

Кварцевый резонатор принцип работы

Что такое кварц

На самом деле, кварц  – это один из самых распространенных минералов  в земной коре.

Если полупроводниковые радиокомпоненты в основном делают из кремния, то кварц также состоит из кремния, но в связке с кислородом.

Его формула SiO2.

Выглядит он примерно вот так:

Кварцевый резонатор

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. 

Кварцевые резонаторы выглядят в основном вот так:

 

Что такое обертоны

Обертоны, или как еще их называют, моды или гармоники – это кратные частоты, выше основной частоты кварца.

С помощью фильтров гасят основную частоту кварца и выделяют обертон.

В кварцевом резонаторе в режиме обертонов используют нечетные обертоны.

Если основная частота кварца F – это первый обертон, то его рабочие обертоны будут как 3F, 5F, 7F, 9F.  Стоит также отметить, что амплитуда обертона убывает с ростом его частоты, поэтому далее 9 обертона смысла брать уже нет, так как выделять амплитуду маленького сигнала очень трудно.

Обозначение кварца на схеме

Кварц является диэлектриком. А что будет если тонкий диэлектрик разместить между двумя металлическими пластинами? Получится конденсатор! Конденсатор получается очень маленькой емкости, так что замерить его емкость вряд ли получится. Зато не стали мудрить со схемотехническим обозначением кварца, и на схемах его показывают как прямоугольный кусочек кристалла, заключенный между двумя пластинками конденсатора:

Принцип работы кварца

Для того, чтобы понять принцип работы кварцевого резонатора, надо рассмотреть его эквивалентную схему:

С – это собственно емкость между обкладками конденсатора. То есть если убрать кристалл кварца, то останутся две пластины и их выводы. Именно они и обладают этой емкостью.

С1 – это динамическая емкость самого кристалла. Динамическая – это значит проявляется при работе кварца. Ее значение несколько фемтоФарад. Фемто – это 10-15 !

L1 – это динамическая индуктивность кристалла. Она может достигать несколько тысяч Генри!

R1 – динамическое сопротивление, при работе кварца может достигать от нескольких Ом и до нескольких КилоОм

Можно заметить, что С1, L1 и R1 образуют последовательный колебательный контур, который обладает своей резонансной частотой.

Принцип работы кварцевого резонатора такой: если к обкладкам кварцевого резонатора подвести переменное напряжение, то  его пластинка начнет колебаться с частотой подведенного напряжения.

Если подведенная частота  будет совпадать с собственной резонансной частотой колебания кварца, то наступит резонанс.

Напряжение на обкладка кварца резко возрастает. В этом случае кварцевый резонатор ведет себя, как настроенный на определенную частоту колебательный контур с очень высокой добротностью.

Каждый кварц имеет разные частоты последовательного и параллельного резонанса.

Если мы видим на кварце вот такую надпись

это говорит нам о том, что на частоте последовательного резонанса мы можем возбудить этот кварц на частоте 8 Мегагерц.

В основном кварц работает на частоте последовательного резонанса.

Здесь также есть еще одно правило: если частота маркируется в целых числах в Килогерцах – это работа на основной гармонике, а если в Мегагерцах через запятую – это обертонная гармоника.

Например: РГ-05-18000кГц – резонатор для работы на основной частоте, а РГ-05-27,465МГц – для работы на 3-ем обертоне.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Кварцевый резонатор — Википедия. Что такое Кварцевый резонатор

Кварцевый резонатор в кристаллодержателе

Кварцевый резонатор (жарг. «кварц») — прибор, в котором пьезоэлектрический эффект и явление механического резонанса используются для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы. Следует отличать кварцевый резонатор от устройств, использующих другие пьезоэлектрические материалы — например, специальную керамику (см. Керамический резонатор[en]).

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.

История

Кварцевый резонатор в герметичном стеклянном корпусе пальчикового бесцокольного исполнения Резонатор на 4 МГц в миниатюрном металлическом герметизированном корпусе HC-49/US Металлические корпуса разнообразных размеров

Пьезоэлектрический эффект был впервые открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 году. Поль Ланжевен впервые практически использовал этот эффект в ультразвуковом излучателе и приемнике ультразвука в гидролокатора перед первой мировой войной.

Первый электромеханический резонатор, на основе сегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М. Николсоном (Alexander M. Nicholson) из компании Bell Telephone Laboratories, хотя его приоритет оспаривался Уолтером Гайтоном Кэди (Walter Guyton Cady), который изготовил кварцевый резонатор в 1921 году.

Некоторые улучшения в конструкцию кварцевых резонаторов предложены позже Льюисом Эссеном и Джорджем Вашингтоном Пирсом (George Washington Pierce).

Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920—1930-х годах. Начиная с 1926 года, кварцевые резонаторы на радиостанциях стали использоваться в качестве элементов, задающих несущую частоту. В это же время резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы, например, только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 тыс. штук.

Применение

Одним из самых популярных видов резонаторов являются резонаторы, применяемые в часовых схемах и таймерах. Резонансная частота часовых резонаторов составляет 32 768 Гц; будучи поделённой на 15-разрядном двоичном счётчике, она даёт интервал времени в 1 секунду.

Применяются в генераторах с фиксированной частотой, где необходима высокая стабильность частоты. В частности, в опорных генераторах синтезаторов частот и в трансиверных радиостанциях для формирования DSB-сигнала на промежуточной частоте и детектирования SSB или телеграфного сигнала.

Также применяются в кварцевых полосовых фильтрах промежуточной частоты супергетеродинных приёмников. Такие фильтры могут выполняться по лестничной или дифференциальной схеме и отличаются очень высокой добротностью и стабильностью по сравнению с LC-фильтрами.

По типу корпуса кварцевые резонаторы могут быть выводные для объёмного монтажа (стандартные и цилиндрические) и для поверхностного монтажа (SMD).

Качество схемы, в которую входят кварцевые резонаторы, определяют такие параметры, как допуск по частоте (отклонение частоты), стабильность частоты, нагрузочная ёмкость, старение.

Преимущества

  • Достижение намного бо́льших значений добротности (104—106) эквивалентного колебательного контура, нежели любым другим способом.
  • Малые размеры устройства (вплоть до долей миллиметра).
  • Высокая температурная стабильность.
  • Большая долговечность.
  • Лучшая технологичность.
  • Построение качественных каскадных фильтров без необходимости их ручной настройки.

Недостатки

  • Чрезвычайно узкий диапазон подстройки частоты внешними элементами. На практике для многодиапазонных систем эта проблема решается построением синтезаторов частот различной степени сложности.

См. также

Примечания

Ссылки

Литература

  • Смагин А. Г., Ярославский М. И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. — М.: «Энергия», 1970. — 488 с. — 6000 экз.
  • Альтшуллер Г. Б. Кварцевая стабилизация частоты. — М.: «Связь», 1974. — 272 с. — 5600 экз.
  • Андросова В. Г., Банков В. Н., Дикиджи А. Н. и др. Справочник по кварцевым резонаторам / Под ред. П. Г. Позднякова. — Связь, 1978. — 288 с. — 15 000 экз.
  • Глюкман Л. И. Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1981. — 232 с. — 10 000 экз.
  • Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объёмных и поверхностных акустических волнах: Материалы, технология, конструкция, применение: Пер. с чешск. —
    М.
    : Мир, 1990. — 584 с. — 4050 экз. — ISBN 5-03-001086-6.
  • Ладик А. И., Сташкевич А. И. Изделия электронной техники. Пьезоэлектрические и электромеханические приборы: Справочник. — М.: Радио и связь, 1993. — 104 с. — 3000 экз. — ISBN 5-256-01145-6, ISBN 5-256-00588-X.

Кварцевый резонатор — Википедия

Кварцевый резонатор в кристаллодержателе

Кварцевый резонатор (жарг. «кварц») — прибор, в котором пьезоэлектрический эффект и явление механического резонанса используются для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы. Следует отличать кварцевый резонатор от устройств, использующих другие пьезоэлектрические материалы — например, специальную керамику (см. Керамический резонатор

[en]).

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.

История

Кварцевый резонатор в герметичном стеклянном корпусе пальчикового бесцокольного исполнения Резонатор на 4 МГц в миниатюрном металлическом герметизированном корпусе HC-49/US Металлические корпуса разнообразных размеров

Пьезоэлектрический эффект был впервые открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 году. Поль Ланжевен впервые практически использовал этот эффект в ультразвуковом излучателе и приемнике ультразвука в гидролокатора перед первой мировой войной.

Первый электромеханический резонатор, на основе сегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М. Николсоном (Alexander M. Nicholson) из компании Bell Telephone Laboratories, хотя его приоритет оспаривался Уолтером Гайтоном Кэди (Walter Guyton Cady), который изготовил кварцевый резонатор в 1921 году.

Некоторые улучшения в конструкцию кварцевых резонаторов предложены позже Льюисом Эссеном и Джорджем Вашингтоном Пирсом (George Washington Pierce).

Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920—1930-х годах. Начиная с 1926 года, кварцевые резонаторы на радиостанциях стали использоваться в качестве элементов, задающих несущую частоту. В это же время резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы, например, только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 тыс. штук.

Применение

Одним из самых популярных видов резонаторов являются резонаторы, применяемые в часовых схемах и таймерах. Резонансная частота часовых резонаторов составляет 32 768 Гц; будучи поделённой на 15-разрядном двоичном счётчике, она даёт интервал времени в 1 секунду.

Применяются в генераторах с фиксированной частотой, где необходима высокая стабильность частоты. В частности, в опорных генераторах синтезаторов частот и в трансиверных радиостанциях для формирования DSB-сигнала на промежуточной частоте и детектирования SSB или телеграфного сигнала.

Также применяются в кварцевых полосовых фильтрах промежуточной частоты супергетеродинных приёмников. Такие фильтры могут выполняться по лестничной или дифференциальной схеме и отличаются очень высокой добротностью и стабильностью по сравнению с LC-фильтрами.

По типу корпуса кварцевые резонаторы могут быть выводные для объёмного монтажа (стандартные и цилиндрические) и для поверхностного монтажа (SMD).

Качество схемы, в которую входят кварцевые резонаторы, определяют такие параметры, как допуск по частоте (отклонение частоты), стабильность частоты, нагрузочная ёмкость, старение.

Преимущества

  • Достижение намного бо́льших значений добротности (104—106) эквивалентного колебательного контура, нежели любым другим способом.
  • Малые размеры устройства (вплоть до долей миллиметра).
  • Высокая температурная стабильность.
  • Большая долговечность.
  • Лучшая технологичность.
  • Построение качественных каскадных фильтров без необходимости их ручной настройки.

Недостатки

  • Чрезвычайно узкий диапазон подстройки частоты внешними элементами. На практике для многодиапазонных систем эта проблема решается построением синтезаторов частот различной степени сложности.

См. также

Примечания

Ссылки

Литература

  • Смагин А. Г., Ярославский М. И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. — М.: «Энергия», 1970. — 488 с. — 6000 экз.
  • Альтшуллер Г. Б. Кварцевая стабилизация частоты. — М.: «Связь», 1974. — 272 с. — 5600 экз.
  • Андросова В. Г., Банков В. Н., Дикиджи А. Н. и др. Справочник по кварцевым резонаторам / Под ред. П. Г. Позднякова. — Связь, 1978. — 288 с. — 15 000 экз.
  • Глюкман Л. И. Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1981. — 232 с. — 10 000 экз.
  • Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объёмных и поверхностных акустических волнах: Материалы, технология, конструкция, применение: Пер. с чешск. — М.: Мир, 1990. — 584 с. — 4050 экз. — ISBN 5-03-001086-6.
  • Ладик А. И., Сташкевич А. И. Изделия электронной техники. Пьезоэлектрические и электромеханические приборы: Справочник. — М.: Радио и связь, 1993. — 104 с. — 3000 экз. — ISBN 5-256-01145-6, ISBN 5-256-00588-X.

Кварцевый резонатор. Конструкция….

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про кварцевый резонатор, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое кварцевый резонатор , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Кварцевый резонатор, жарг. кварц — прибор, в котором пьезоэлектрический эффект и явление механического резонансаиспользуются для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы.

Несмотря на то, что вместо кварца часто используются и другие пьезоэлектрики, например, керамика (Керамический резонатор), прилагательное «кварцевый» является общеупотребительным для всех таких устройств

В современной электронике, особенно в цифровой сложно не найти электронный компонент под названием кварцевый резонатор. По своей сути, кварцевый резонатор является аналогом колебательного контура на основе емкости и индуктивности. Правда, кварцевый резонатор превосходит LC-контур по очень важным параметрам.

Как известно, колебательный контур характеризуется добротностью. Резонаторы на основе кварца обладают очень высокой добротностью, которая недостижима при использовании обычного колебательного LC-контура. Если добротность обычных контуров лежит в пределах 100 – 300, то для кварцевых резонаторов величина добротности достигает 105 – 107.

Ёмкость конденсатора довольно сильно зависит от температуры окружающей среды. У конденсаторов даже есть параметр, который называется ТКЕ (температурный коэффициент емкости). Он показывает насколько измениться емкость конденсатора при изменении температуры.

Естественно, при применении конденсатора в составе LC-контура, частота его колебаний будет очень сильно зависеть от внешней температуры среды. То же касается и индуктивности, у которой также есть своя температурная характеристика — ТКИ.

Понятно, что для использования в цифровой технике (в том числе и в технике связи) требуется более стабильный и надежный источник гармонических колебаний.

Резонаторы на основе кварца обладают очень высокой температурной стабильностью. Именно благодаря высокой добротности и температурной стабильности кварцевые резонаторы применяются в радиотехнике очень активно.

Любой процессор или микроконтроллер работает на определенной тактовой частоте. Понятно, что для задания тактовой частоты необходим генератор. Такой генератор в качестве источника высокоточных гармонических колебаний, как правило, использует кварцевый резонатор. В тех схемах, где высокая добротность не требуется, могут применяться резонаторы на основе керамики – керамические резонаторы. Добротность резонаторов на основе пьезокерамики составляет не более 103. Их можно встретить в пультах дистанционного управления, электронных игрушках, бытовых радиоприемниках.

Принцип работы кварцевого резонатора.

Принцип работы кварцевого резонатора целиком и полностью опирается на пьезоэлектрический эффект. Основой любого кварцевого резонатора является пластинка из кварца. Кварц – это одна из разновидностей кремнезема SiO2. Для изготовления резонаторов пригоден только лишь низкотемпературный кварц, который обладает пьезоэлектрическими свойствами. В природе такой кварц встречается в виде кристаллов и бесформенной гальки. Для изготовления резонаторов используют как натуральный так и синтетический кристал кварца.

Оптический и пьезоэлектрический синтетический кварц применяется в технике, в том числе в персональных компьютерах, оптике и телеметрии, цифровых видеокамерах и фотоаппаратах, радио- и телекоммуникационных устройствах, системах дистанционного управления и автоматического контроля, радарном и радионавигационном оборудовании, для подложек высокого качества, а также в часовой промышленности.
Синтетический кварц, выращенный гидротермальным методом, широко используется в ювелирной промышленности, — особенное его цветные разновидности.
Свойства синтетического кварца

Химическая формула: SiO2
Твердость (шкала Мооса): 7
Плотность: 2,65
Показатель преломления: 1,544 – 1,553
Дисперсия: 0,013
Кристаллическая решетка: тригональная
Диэлектрическая постоянная: 4,5
Температура фазового перехода: 573°C


Кварц-пластины

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Кристалл кварца

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Синтетический кварц. Большой кристалл~20 см

Химически кварц очень устойчив и не растворяется ни в одной из кислот, за исключением плавиковой. Также кварц очень твердый. На шкале твердости он занимает седьмое место из десяти.

Чтобы изготовить кварцевую пластинку берется кристалл кварца и из него под определенным углом вырезается пластинка. От угла, под которым происходит срез, зависят электромеханические свойства кварцевой пластины. Тип среза существенно влияет на температурную стабильность, количество паразитных резонансов, резонансную частоту.

Далее на две стороны кварцевой пластины наносят металлизированный слой (из серебра, никеля, золота или платины) и посредством жестких проволочных контактов закрепляют в кварцедержателе. Всю эту конструкцию помещают в герметичный корпус.

Кварцевый резонатор в кристаллодержателе

Кварцевый резонатор является электромеханической колебательной системой. Как известно, любая колебательная система обладает своей резонансной частотой. У кварцевого резонатора также есть своя номинальная резонансная частота. Если приложить к кварцевой пластине переменное напряжение, которое совпадает с резонансной частотой самой кварцевой пластины, то происходит резонанс частот и амплитуда колебаний резко возрастает.

При резонансе электрическое сопротивление резонатора уменьшается. В результате получается эквивалент последовательной колебательной системы. Поскольку потери энергии в кварцевом резонаторе очень малы, то он фактически представляет собой электрический колебательный контур с очень большой добротностью.

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора изображена на рисунке.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора

Здесь С0 – это постоянная (статическая) емкость образующаяся за счет металлических пластин-электродов и держателя. Последовательно соединенные индуктивность L1, конденсатор С1 и активное сопротивление Rакт. отражают электромеханические свойства кварцевой пластинки. Как видим, если отбросить емкость монтажа и кварцедержателя С0, то получиться последовательный колебательный контур.

При монтаже кварцевого резонатора на печатную плату стоит позаботиться о том, чтобы не перегреть его. Эта рекомендация наверняка связана с тем, что конструкция кварцевого резонатора довольно тонкая. Температурный перегрев может вызвать деформацию кварцедержателя и пластинок-электродов. Естественно, все это может отразиться на качестве работы резонатора в схеме.

Также известно, что если кварц нагреть свыше 5730 С, то он превращается в высокотемпературный кварц и лишается своих пьезоэлектрических свойств. Конечно, довести температуру кварца до такой температуры оборудованием для пайки нереально.

Принцип действия кварцевого генератора

На пластинку, кольцо или брусок, вырезанные из кристалла кварца определенным образом, нанесены 2 и более электродов — проводящие полоски.

Пластинка закреплена и имеет собственную резонансную частоту механических колебаний.

При подаче напряжения на электроды благодаря пьезоэлектрическому эффекту происходит изгибание, сжатие или сдвиг в зависимости от того, каким образом вырезан кусок кристалла.

Однако колеблющаяся пластинка в результате того же пьезоэлектрического эффекта создает во внешней цепи противо-ЭДС, что можно рассматривать как явление, эквивалентное работе катушки индуктивности в колебательном контуре.

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 колебательного контура.

Обозначение кварцевого резонатора.

На принципиальных схемах и в технической документации кварцевый резонатор обозначается наподобие конденсатора, только между пластинами добавлен прямоугольник, который символизирует пластинку кварца. Рядом с графическим изображением указывается буква Z или ZQ.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Условное обозначение кварцевого резонатора на схемах.

Как проверить кварцевый резонатор при диагностических процедурах?

К сожалению, достоверно проверить кварцевый резонатор можно только заменой.

Причиной неисправности кварцевого резонатора может быть сильный удар либо падение электронного прибора, в котором он был установлен. Поэтому если есть подозрение в исправности кварцевого резонатора, то его стоит заменить новым. К счастью в практике ремонта неисправность кварцевого резонатора встречается редко, конечно, есть и исключения, но они относятся к портативной электронике, которую частенько роняют.

История изготовлений различных конструкций кварцевых резонаторов

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Кварцевый резонатор в герметичном стеклянном корпусе пальчикового бесцокольного исполненияКварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Резонатор на 4 МГц в миниатюрном металлическом герметизированном корпусеHC-49/USКварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Металлические корпуса разнообразных размеров

Пьезоэлектрический эффект был впервые открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 г. Поль Ланжевен впервые использовал этот эффект в часовом резонаторе гидролокатора перед первой мировой войной. Первый кристальный резонатор, работающий насегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М. Николсоном (Alexander M. Nicholson) из компании Bell Telephone Laboratories, хотя это оспаривалось Уолтером Гейтоном Кэди (Walter Guyton Cady), который изготовилкварцевый резонатор в 1921 году. Некоторые улучшения в кварцевые резонаторы вводились позже Льюисом Эссеном и Джорджом Вашингтоном Пирсом (George Washington Pierce).

Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920—30-х годах . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Начиная с 1926 года, кварцевые резонаторы на радиостанциях использовались в качестве задающих несущую частоту элементов. В то же время резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы; только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 000 ед.

Применение. И спациальные типы кварцевых генераторов

Одним из самых популярных видов резонаторов являются резонаторы, применяемые в часовых схемах. Резонансная частота часовых резонаторов 32768 Гц, поделенная на 15-разрядном двоичном счетчике, дает интервал времени в 1 секунду.

Применяются в генераторах с фиксированной частотой, где необходима высокая стабильность частоты. В частности, в опорных генераторах синтезаторов частот и в трансиверных радиостанциях для формирования DSB-сигнала на промежуточной частоте и детектирования SSB или телеграфного сигнала.

Также применяются в кварцевых полосовых фильтрах промежуточной частоты супергетеродинных приемников. Такие фильтры могут выполняться по лестничной или дифференциальной схеме и отличаются очень высокой добротностью и стабильностью по сравнению с LC-фильтрами.

По типу корпуса кварцевые резонаторы могут быть выводные для объемного монтажа (стандартные и цилиндрические) и дляповерхностного монтажа (SMD).

Качество схемы, в которую входят кварцевые резонаторы, определяют такие параметры, как допуск по частоте (отклонение частоты), стабильность частоты, нагрузочная емкость, старение.

  • Кварцевые резонаторы (Crystal Units) – отдельные кварцевые резонаторы и модули со встроенными датчиками температуры на номинальные частоты от 4 МГц до 150 МГц, а также низкочастотные резонаторы на частоту 32768 Гц.
  • Тактовые генераторы (Crystal Clock Oscillator) – кварцевые генераторы, состоящие из кристалла и простого генератора, выпускаются на частоты в диапазоне 1,5–125 МГц, а также на частоту 32768 Гц.
  • SPXO (Simple Packaged Crystal Oscillators) – кварцевые генераторы на высокие частоты в диапазоне 62,5 – 313 МГц с допустимыми отклонениями частоты ±(25–100)х10-6.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

  • Термостатированные генераторы (OCXO) DOCXO

Термостатированные генераторы (OCXO) предназначены для проектов, в которых температурная нестабильность частоты не должна превышать ±0.5ppm. Такие кварцевые генераторы включают в себя схему подогрева и устанавливаются в специальный корпус, что позволяет поддерживать рабочую температуру генератора постоянной и, следовательно, получать высокую стабильность частоты, вплоть до ±0.1ppb. В большинстве случаев, у термостатированных генераторов есть функция частотной подстройки, либо управляющим напряжением, либо механически.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

  • TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator) – термокомпенсированные кварцевые генераторы.

Принципиальные схемы

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства
Рис.1 Упрощенная схема прямой компенсации TCXO

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства
Рис.2 Упрощенная схема косвенной компенсации TCXO

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

применение

TCXO для GPS
TCXO для сети

  • VCXO (Voltage-Controlled Crystal Oscillators) – кварцевые генераторы, управляемые напряжением, в приборы этого типа интегрированы варикапы, обеспечивающие перестройку частоты генераторов.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Принципиальные схемы

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства
Рис.3 Характеристики управляющего напряжения VCXO (положительный наклон)

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства
Рис.4 Характеристики управляющего напряжения VCXO (отрицательный наклон)

  • FCXO (Frequency Controlled Crystal Oscillator) – модули переноса частоты, или кварцевые генераторы, синхронизируемые внешними источниками.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

  • Прецизионные термостатированные генераторы OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator), TwinOCXO (Twin-Oven Controlled Crystal Oscillator) и Twin-DCXO (Twin-Digital Controlled Crystal Oscillator).

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

  • Кварцевые фильтры (Crystal Filter) – в данную категорию входят приборы на номинальные частоты 10,7 МГц, 21,4 МГц, 21,7 МГц, 45 МГц, 70,05 МГц, 90 МГц с различными полосами пропускания.
  • ПАВ-фильтры (SAW Device) – широкая номенклатура фильтров на поверхностных акустических волнах под различные целевые назначения приборов: аппаратура для цифрового наземного телевидения, базовых станций WCDMA, беспроводных телефонов, беспроводных приборов для учета энергопотребления, систем дистанционного управления автомобильным оборудованием и других приложений.
  • Синтетические кварцы/кварцевые бланки/оптические компоненты (Synthetic Quartz Crystal/Crystal Blank/Optical Component) – кварцевые кристаллы, кварцевые пластины из монокристаллов (Crystal Blank) и оптические компоненты, такие как оптические фильтры нижних частот OLPF.
  • Синтезаторы частоты (Frequency Synthesizer) – компания выпускает встраиваемые синтезаторы частоты для оборудования систем цифрового наземного телевидения, микроволновой аппаратуры радиосвязи, измерительных приборов, базовых станций систем мобильной связи , систем ШПД и других ответственных приложений.
  • Зонды для ультразвуковых сканеров и преобразователи (Ultrasonic probe/Transducer) – компания выпускает ультразвуковые зонды различных форм (линейные, секторные и выпуклые зонды, матричные модули) для работы в диапазонах от 2,5 МГц до 12 МГц. Приборы могут использоваться для 2D- и 3D-визуализации в медицине и здравоохранении. Приборы производятся в соответствии с требованиями международного стандарта ISO13485 2008, определяющего систему менеджмента качества медицинских устройств. Компания может производить приборы по специальным требованиям заказчиков.
  • Биодатчики для QCM (Quartz Crystal Microbalance) систем – датчики микровесов (QCM Sensor) являются инструментом для измерения массы, принцип работы которого основан на зависимости частоты колебаний кварцевого резонатора (датчика QCM) от количества вещества, нанесенного на его поверхность. QCM-системы получили широкое распространение в биохимии, например, для распознавания антител и фрагментов ДНК.

Преимущества

  • Достижение намного больших значений добротности (104−106) эквивалентного колебательного контура, нежели любым другим способом.
  • Малые размеры устройства (вплоть до долей мм).
  • Большая температурная стабильность.
  • Большая долговечность.
  • Лучшая технологичность.
  • Построение качественных каскадных фильтров без необходимости их ручной настройки.

Недостатки

  • Чрезвычайно узкий диапазон подстройки частоты внешними элементами. Практически для многодиапазонных систем эта проблема решается построением синтезаторов частоты различной степени сложности.

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).

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

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.

Рассмотрим эти параметры более подробно:

  • Отрицательное сопротивление (-R) всей схемы генератора, включая значения емкостей конденсаторов, параметры кварцевого резонатора и цепи, реализованной на кристалле микросхемы. Это отрицательное сопротивление должно быть в несколько раз больше эквивалентного последовательного сопротивления кварцевого резонатора (Rs или ESR). При нарушении данного соотношения генератор не будет работать в заданном режиме или может вообще не заработать. Отрицательное сопротивление схемы можно получить, включив резистор последовательно с кварцевым резонатором (Rd на рис. 10). Пороговое значение, при котором запуск генератора становится невозможным, приблизительно равно отрицательному сопротивлению схемы. Схема стенда, используемая NDK для этой цели, приведена на рис. 11 а), б), пробник в виде открытого про-водника небольшой длины используется для исключения влияния на генератор измерительной схемы. Типовая зависимость отрицательного сопротивления схемы от емкостей конденсаторов генератора при Rd=1 кОм, Rf=1 МОм приведена на рис. 12 (по материалам NDK).

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

  • Изменение частоты генерации (Frequency Deviation, FD). Схема стенда для измерения частоты кварцевых генераторов приведена на рис. 13, измерения также производятся без контакта с элементами схемы и при изменении напряжения питания в заданных заказчиком пределах. Величину отклонения частоты генерации от номинальной частоты кварцевого резонатора представляют в относительных единицах – + или – ∆f/fном.х10-6.
  • Мощность возбуждения (Drive Level DL). При мощности возбуждения (рассеяния), превышающей максимально допустимую, в выходном сигнале кварцевого генератора могут появляться побочные излучения, возможны перескоки частоты генерации, а также может ухудшаться стабильность частоты генерации. Чтобы определить мощность рассеяния, необходимо измерить величину тока в цепи кварцевого резонатора. Схема стенда, используемая NDK для измерения тока, приведена на рис. 14, по осциллографу определяют размах тока в цепи кварцевого резонатора, затем по формуле Irms=Ip-p/2√2 вычисляют действующее значение тока, мощность определяется формулой P=Irms2 Rload (мкВт), где Rload– сопротивление на переменном токе в цепи резонатора. Сопротивление Rload зависит от параметров резонатора, величин емкостей схемы и сопротивления Rd (см. рис. 10), типовая зависимость мощности рассеяния от емкостей схемы приведена на рис. 15.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Как уже было сказано, в лабораториях NDK постоянно проводится ряд тестов по определению типов кварцевых резонаторов, в наибольшей степени подходящих для использования совместно с микропроцессорами и БИС основных серий таких компаний, как STM, TI, Microchip, NXP, Renesas и др.

В результате NDK имеет и готовы предоставлять своим клиентам данные по одобренным и рекомендованным компонентам NDK для работы с теми или иными чипсетами и модулями.

Также NDK предлагает своим клиентам провести тесты плат заказчика в своих лабораториях, на основе которых NDK даст свои рекомендации по работе чипсета и частотозадающих элементов в конкретной схеме заказчи

Как выбрать тип генератора.? Сравнение кварцевых с другими типами генераторов

Нижеследующее обсуждение относится к стандартам частоты в широком диапазоне температур (то есть к тем, которые предназначены для работы в диапазоне температур, который охватывает по меньшей мере 90 ° C). Лабораторные приборы, которые работают в гораздо более узком диапазоне температур, могут иметь лучшую стабильность, чем в приведенном ниже сравнении.

Коммерчески доступные источники частот охватывают диапазон точности в несколько порядков — от простого XO до стандарта частоты луча цезия. С увеличением точности возрастают требования к мощности, размеру и стоимости. Например, на рисунке 34 показана взаимосвязь между точностью и потребностью в мощности. Точность в сравнении с затратами будет аналогичной и колеблется от примерно 1 долл.

США для простого ХО до примерно 40 000 долл. США для стандарта цезия (цены 1991 года). Таблица 1 показывает сравнение существенных характеристик стандартов частоты. На рисунке 35 показано сравнение кратковременных диапазонов стабильности частоты как функции времени усреднения [43]. На рисунке 36 показано сравнение характеристик фазового шума, а в таблице 2 показано сравнение слабых мест и механизмов износа.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства
Рис. 34. Соотношение между точностью и требованиями к мощности (XO = простой кварцевый генератор; TCXO = температурно-компенсированный кварцевый генератор; OCXO = управляемый печью кварцевый генератор; Rb = рубидиевый стандарт частоты; Cs = цезиевый стандарт частоты пучка).

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства
Рисунок 35. Стабильность как функция сравнения времени усреднения стандартов частоты.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства
Рисунок 36. Сравнение фазовой нестабильности стандартов частоты.

Кварцевые генераторы Атомные генераторы
ТСХО MCXO ОСХО Рубидий RbXO цезий
Точность *
(в год)
2 х 10 -6 6 х 10 -8 1 х 10 -8 5 х 10 -10 7 х 10 -10 2 х 10 -11
Старение / год 5 х 10 -7 2 х 10 -8 5 х 10 -9 2 х 10 -10 2 х 10 -10 0
Температура Stab.
(диапазон, ° С)
5 х 10 -7
(от -55 до +85)
3 х 10 -8
(от -55 до +85)
1 х 10 -9
(от -55 до +85)
3 х 10 -10
(от -55 до +68)
5 х 10 -10
(от -55 до +85)
2 х 10 -11
(от -28 до +65)
Стабильность, s y ( t )
( t = 1 с)
1 х 10 -9 3 х 10 -10 1 х 10 -12 3 х 10 -12 5 х 10 -12 5 х 10 -11
Размер
(см 2 )
10 50 20-200 800 1200 6000
Время прогрева
(мин.)
0,1
(до 1 х 10 -6 )
0,1
(до 2 х 10 -8 )
4
(до 1 х 10 -8 )
3
(до 5 х 10 -10 )
3
(до 5 х 10 -10 )
20
(до 2 х 10 -11 )
Мощность (Вт)
(при самой низкой температуре)
0,05 0.04 0.6 20 0,65 30
Цена (~ $) 100 1000 2000 8000 10000 40000

* Включая воздействие на окружающую среду (обратите внимание, что диапазоны температур для Rb и Cs уже, чем для кварца).
Таблица 1. Сравнение основных характеристик стандартов частоты.

Слабое место Механизмы износа
кварцевый износ.
радиационная безопасность
нет
Рубидий не изнашиваются
мощность
Вес
Истощение рубидия
Буферный газ истощение
Загрязнения стекла
цезий не изнашиваются
мощность
Вес
Стоимость
Диапазон температуры

Истощение запаса цезия

Отработанный цетриевый геттеринг

Производительность ионного насоса
Умножитель электронов

Таблица 2. Сравнение слабых мест стандартов частоты и механизмов износа.

Характеристики приведены в таблице 1 для атомных генераторов: эталонов частоты рубидия и цезия и генератора рубидий-кристалл (RbXO). В стандартах атомной частоты частота выходного сигнала определяется разностью энергий между двумя атомными состояниями, а не каким-либо свойством объемного материала (как в кварцевых генераторах). Вступительный обзор стандартов атомной частоты можно найти в ссылке 44, а ссылка 45 представляет собой обзор литературы до 1983 года. (Ссылка 44 рассматривает как атомные, так и кварцевые стандарты частоты; отчет, который вы читаете, основан на кварцевой части этот документ.) RbXO — это устройство, предназначенное для приложений, в которых доступность энергии ограничена, но где требуется стандартная точность атомной частоты [46,47]. Он состоит из стандарта частоты рубидия, маломощного и высокостабильного кварцевого генератора и схемы управления, которая регулирует частоту кварцевого генератора в соответствии со стандартом рубидия. Рубидиевый стандарт включается периодически (например, раз в неделю) на несколько минут, необходимых для его прогрева и корректировки частоты кварцевого генератора. С RbXO можно приблизиться к долговременной стабильности рубидиевого стандарта с низкой (средней) потребностью в мощности кварцевого генератора. один раз в неделю) в течение нескольких минут он прогревается и корректирует частоту кварцевого генератора. С RbXO можно приблизиться к долговременной стабильности рубидиевого стандарта с низкой (средней) потребностью в мощности кварцевого генератора. один раз в неделю) в течение нескольких минут он прогревается и корректирует частоту кварцевого генератора. С RbXO можно приблизиться к долговременной стабильности рубидиевого стандарта с низкой (средней) потребностью в мощности кварцевого генератора.

Rb-OSC (Рубидиевый генератор):

Чрезвычайно устойчивый осциллятор с использованием атомного резонанса рубидия,
контролируемый частотой микроволнового перехода атомов Rb87 в его основном энергетическом состоянии.

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства

Основные вопросы, на которые нужно ответить при выборе генератора, включают в себя:

  1. Какая точность или воспроизводимость частоты необходима для правильной работы системы?
  2. Как долго должна поддерживаться эта точность, т. Е. Будет ли генератор калиброваться или периодически заменяться, или генератор должен поддерживать требуемую точность в течение всего срока службы системы?
  3. Доступна ли достаточная мощность, или генератор должен работать от батарей?
  4. Какое время прогрева допустимо?
  5. Каковы экстремальные условия окружающей среды, в которых должен работать генератор?
  6. Каково требование краткосрочной стабильности (фазовый шум)?
  7. Какое ограничение по размеру?

Что касается второго вопроса, какие затраты должны быть минимизированы: первоначальная стоимость приобретения или стоимость жизненного цикла? Часто стоимость повторной калибровки намного выше, чем дополнительная стоимость генератора, который может обеспечить жизнь без калибровки. Лучший генератор также может позволить упростить конструкцию системы.

Частота генератора является еще одним важным фактором, поскольку выбор может оказать существенное влияние как на стоимость, так и на производительность. При прочих равных условиях генератор стандартной частоты, такой как 5 МГц или 10 МГц, для которого производители имеют хорошо зарекомендовавшие себя конструкции, будет стоить дешевле, чем одна из необычных частот, например 8,34289 МГц. Более того, для кристаллов со сдвигом по толщине, таких как AT-разрез и SC-разрез, чем ниже частота, тем ниже старение [17]. Поскольку на частотах значительно ниже 5 МГц кристаллы со сдвигом толщины становятся слишком большими для экономичного производства, и поскольку все генераторы с наивысшей стабильностью используют сдвиговые кристаллы толщины, частота серийно выпускаемого генератора с самой высокой стабильностью составляет 5 МГц. Такие генераторы также будут иметь самую низкую способность фазового шума близко к несущей. На рынке также есть несколько отличных генераторов на 10 МГц; однако генераторы с гораздо более высокой частотой, чем 10 МГц, имеют значительно более высокие скорости старения и уровни фазового шума вблизи несущей, чем генераторы с частотой 5 МГц. Для самого низкого фазового шума вдали от несущей, где отношение сигнал / шум определяет уровень шума, высокочастотные кристаллы (например, 100 МГц) могут обеспечивать более низкий шум, поскольку такие кристаллы могут выдерживать более высокие уровни возбуждения, тем самым обеспечивая более высокие уровни сигнала , Генераторы с гораздо более высокой частотой, чем 10 МГц, имеют значительно более высокие скорости старения и уровни фазового шума вблизи несущей, чем генераторы с частотой 5 МГц. Для самого низкого фазового шума вдали от несущей, где отношение сигнал / шум определяет уровень шума, высокочастотные кристаллы (например, 100 МГц) могут обеспечивать более низкий шум, поскольку такие кристаллы могут выдерживать более высокие уровни возбуждения, тем самым обеспечивая более высокие уровни сигнала , Генераторы с гораздо более высокой частотой, чем 10 МГц, имеют значительно более высокие скорости старения и уровни фазового шума вблизи несущей, чем генераторы с частотой 5 МГц. Для самого низкого фазового шума вдали от несущей, где отношение сигнал / шум определяет уровень шума, высокочастотные кристаллы (например, 100 МГц) могут обеспечивать более низкий шум, поскольку такие кристаллы могут выдерживать более высокие уровни возбуждения, тем самым обеспечивая более высокие уровни сигнала ,

Связанные с резонатором приборы

  • Кварцевый генератор
  • Кварцевый фильтр
  • Генератор Пирса
  • Генератор тактовых импульсов
  • Резонистор
  • Атомные часы

Статью о кварцевый резонатор я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развии теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое кварцевый резонатор и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятелно рекомендую изучить комплексно всю информацию в категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы и их применение в датчиках

Таблица перевода единиц измерения давления

Единицы бар мм рт.ст. мм вод.ст. атм (физич.) кгс/м2 кгс/см2 (технич. атм.)
Па кПа Мпа
1 бар 1 750.064 10197,16 0.986923 10.1972 ∙ 103 1,01972 105 100 0.1
1 мм рт.ст. 1.33322 ∙10-3 1 13,5951 1.31579 ∙10-3 13,5951 13.5951 ∙10-3 133.322 133.322 ∙10-3 133.322 ∙10-6
1 мм вод.ст. 98.0665 ∙10-6 73.5561 ∙ 10 -3 1 96.7841 ∙10-6 1 0.1∙10-3 9.80665 9.80665 ∙10-3 9.80665 ∙10-6
1 атм 1.01325 760 10.3323 ∙103 1 10.3323∙ 103 1.03323 101.325 ∙ 103 101.325 101.325 ∙10-3
1 кгс/м2 98,0665 ∙10-6 73.5561 ∙ 10 -3 1 96.7841 ∙10-6 1 0.1∙10-3 9.80665 9.80665 ∙10 -3 9.80665 ∙10-6
1 кгс/см2 0,980665 735.561 10000 0.967841 10000 1 98.0665 ∙ 103 98.0665 98.0665 ∙10-3
1 Па 10 -5 7.50064 ∙10-3 0,1019716 9.86923  ∙10-6 101.972 ∙ 10-3 10.1972 ∙10-6 1 10 -3 10 -6
1 кПа 0.01 7.50064 101,9716 9.86923 ∙10-3 101.972 10.1972 ∙10-3 103 1 10 -3
1 МПа 10 7.50064 ∙103 101971,6 9.86923 101.972 ∙103 10.1972 106 103 1

К системе СИ относятся:                    Инженерные единицы:
Бар

1 бар = 0,1 Мпа                              1 мм рт.ст. = 13.6 мм вод.ст.
1 бар = 10197.16 кгс/м2                  1 мм вод.ст. = 0.0001кгс/см2
1 бар = 10 Н/см2                                      1 мм вод.ст. = 1 кгс/м2
                                                                       1 атм = 101.325 ∙ 10Па
Па

1 Па = 1000МПа
1 МПа = 7500 мм. рт. ст.
1 МПа = 106 Н/м2

Резонаторы частоты и энергии в архитектуре и, не только… Часть 1-я


Архитектура древности, как система космической связи«Не отвергайте незнаемое и необъяснимое,
но постарайтесь незнаемое познать,
а необъяснимое объяснить,
ибо Боги помогают стремящимся к познанию Мудрости».

ЗАПОВЕДЬ БОГА СВАРОГА


Следуя заповедям, решил я собрать материал и за 2 месяца я дописал статью со своим видением архитектурных построек.

Изначально планировалось выкладывать только на наших ресурсах, но потом я подумал, что оно может разойтись и дальше, и дописал там некоторые пояснения, которые для вас будут очевидны.

А некоторые будут неочевидны.

С чего все началось?

Году в 2004 в один вечер пришла мне в голову идея-образ. У молящихся в церкви руки сложены и чем-то напоминают СВЧ облучатель прямофокусных спутниковых антенн. Причем молящиеся держат руки как раз напротив 4й чакры.



Я подумал, что тут что-то есть и надо это опробовать. В одну из ночей я попробовал с использованием приемника противоположного пола за тысячи километров. Если верить второй стороне, то передача идет. Ощущается в виде тепла по рукам.

Во второй раз приемник был другой. В этот раз я видел исходящий энергетический поток золотистого цвета как раз из того места, где руки. Видел я его тем самым 3м глазом, так что спутать это ни с чем нельзя. Согласно моим представлениям, поток должен был идти прямой линией, а он падал вниз как вода. После 3х секунд я решил, что приемник не настроен и прекратил все. Как потом выяснилось, приемник был настроен, но скептически.

С тех пор я больше таких дистанционных связей не проводил, а вот локальные были. Надо заметить, что никакими йогами и прочими пранаямами я никогда не занимался и не интересовался. Читал о чакрах, поэтому удивился, что цвет был золотистый, а не зеленый, как на рисунках чакр. Потом уже увидел первые рисунки по славянской чакровой системе и все встало на свои места.

Для включения энергетического зрения нужен особый настрой и намерение. Для этого не обязательно сидеть часами в тишине. Надо только это делать задолго после еды и лучше ночью – помех меньше, все спят.

Из лекций Трехлебова известно о некоем половом вихре. Уж не знаю, что он представляет себе о вихре, но я его понимаю. Это делается руками и мыслями и работает как минимум до 4й чакры. Подробней описано во всяких камасутрах и тантрах.

Что из этого всего следует? Человек является генератором неких биополей, имеет излучатели и источник энергии. Поле создается некими волнами, а волны имеют свойство колебаться, которое измеряется в герцах. Частота этих полей уходит далеко за пределы возможностей измерений нынешних приборов официальной науки. Более того, структура полей не волновая. Однако физика полей должна быть одинакова. Т.е. поле имеет структуру, напряженность и другие свойства полей. Так же надо учитывать закон подобия – солнечная система подобна атомарной, но имеет свои нюансы.

Значит, системы космической связи должны строиться подобно системам земной связи, но со своими нюансами. Увидеть это можно, если обладать образным мышлением и не суженным в институте взглядом. Занимаюсь больше 20 лет электроникой, но не заканчивал ВУЗы. Это дает возможность мыслить не так, как учили, а так же приложить сюда знания о технике. В результате получается нижеописанная картина. Она не претендует на хотя бы 1% достоверности и является только предположением и пищей для ума.

Введение в современные средства связи.

Все изучали в школе физику и некоторые не любили или не понимали ее сути. Однако для понимания материала необходимо минимальные знания и без формул.



Теперь имея представления о внешнем виде деталей, нетрудно представить себе их схематичное соединение.


Этот рисунок хорошо показывает, что в качестве детектора может быть не только кусок полупроводника, но и огонь.

Это видео хорошо показывает, что огонь может быть не только детектором, но и излучателем звука. Теперь разсмотрим образы приемника, проявленные в человеке.

Плазменное радио — Plasma Radio

Руна ман точь-в-точь повторяет символ антенны. Человек в такой позе излучает свое поле, точно так же антенны излучают поле разной формы. Когда мы принимаем такую форму, то так же можем получать энергию от солнца. При этом мы стоим лицом к солнцу, что говорит о односторонней диаграмме направленности.



Энергию-то мы получаем, а куда девать избыток? Для этого служит заземление.

Стоит обратить внимание, что руна чело – немного перевернута. Оно и понятно – чело вверху. Значит должна быть руна похожая на заземление.



Многим известно, что приемник будет ловить лучше, если его подключить к правильному заземлению. А если к неправильному, то он еще больше помех соберет. Из уроков Асгардского училища известно, что мы ходим в обуви из изоляционного материала и не заземлены. Значит нет сброса негативной энергии в землю, а ее сбрасывать надо и сбрасываем мы ее на окружающих в виде скандалов. Поэтому тут рекомендуется обливаться водой в заземленной ванне. Либо можно встать на металлическую пластину, которая подключена проводом к контуру заземления и постоять 5-10 минут.

Любой радиотехник скажет, что лучшим усилителем является антенна. Все активные усилители будут вносить искажения в виде тепловых шумов. Поэтому к конструированию антенн подходят со всей строгостью. Особенно к антеннам СВЧ, где каждый миллиметр играет роль. И чем выше частота, тем точнее должна быть антенна. У нас же частоты много выше радиочастот и точность наших антенн должна быть на молекулярном уровне.

Такими антеннами являются наши волосы. Причем волос является не проводником, а трубкой. На сверхвысоких частотах волна уже не может течь по проводнику и его поверхности. Поэтому используют пустые трубки-волноводы. Волновод подключен к энергетическому контуру, по которому бежит кровь. А кровь является не только жидкостью, но и носителем информации и энергии.



На этом изучение антенны и заземления можно закончить и перейти к двум следующим частям приемника – конденсатору и катушке.

При помощи этих частей приемник можно настраивать на нужную волну. Точно так же и про человека можно сказать, что он на одной волне с кем-то. Человеческое тело обладает не только электрическим сопротивлением, но и емкостью. Значит мы можем менять это и настраиваться на нужные волны, например волну окружающей природы.

Когда колебательный контур вносят в переменное поле, в нем возникают собственные гармонические колебания. Когда эти собственные колебания равны по частоте с колебаниями внешнего поля, то возникает резонанс – повышение напряжения на концах контура. Точно так же и человек может настраивать себя на частоту поля и получать энергию.

Колебательный контур характеризуется добротностью. Чем качественней намотана катушка и меньше утечек в конденсаторе, тем выше напряжение. В человеке это выражается в чистоте тела. Чем выше напряжение, тем громче и четче звучит приемник. Когда мы нагружаем контур, его добротность падает, поэтому катушка имеет отводы.

Когда мы полностью нагружены, то выполняем свою работу плохо. Поэтому нельзя себя нагружать максимально и безполезно (фитнесс).

Если приемник не имеет колебательного контура, тогда он принимает все станции подряд и мы услышим только один шум или 1-2 ближние станции.

Для передачи информации без проводов применяют высокочастотное поле, модулированное низкочастотным сигналом, который и есть информация. ВЧ поле является просто носителем. Чтобы в приемнике снова получить информацию, применяют детектор. Детектором служит диод или любой полупроводник, образуемый спаем разных металлов, ржавчиной, оксидной пленкой, p-n переходом транзистора, плазмой или огнем свечи, как показано выше. Далее идет нагрузка в виде наушников, которые уже преобразовывают низкочастотные колебания в звук. Параллельно им включен конденсатор, который служит для пропускания остатков ВЧ тока и тем самым создает замкнутую цепь. Кстати о токе и цепи.

У лукоморья дуб зелёный;
Златая цепь на дубе том:
И днём и ночью кот учёный
Всё ходит по цепи кругом;
Идёт направо — песнь заводит,
Налево — сказку говорит.

Если слово кот прочитать наоборот, тогда расшифровка становится понятна. Ток, что ходил направо и налево – переменный ток, который меняет свое направление. В динамиках именно переменных ток. Златая цепь – электрическая цепь. Златая – идеальная по схемотехнике, чудо для нынешней науки или даже сверхпроводник. А может быть просто провода из безкислородной акустической меди для аудиофилов.

Итак, мы разсмотрели один из видов приемников для приема информации. Детекторный приемник является самым простым приемником и не требует питания. У такого приемника есть и недостатки – слабая чувствительность и избирательность. Поэтому существуют более сложные виды приемников с внешним питанием.

Для понимания дальнейшего текста о влияния на человека, нам надо разобраться в еще одном виде приемников – супергетеродине.



Как видно, приемник имеет те же части, что и детекторный.

Гетеродином тут является генератор высокой частоты, который связан с ручкой настройки. Изменяя его частоту, мы настраиваем приемник. Однако ручка настройки в этой схеме механически связана с настройками других блоков. Это нужно для того, чтобы колебательные контуры всех блоков так же настраивались на нужную частоту.

Работает приемник так: Из принимаемой частоты в 100 условных единиц вычитается частота гетеродина – 90 единиц. Получается разностная или промежуточная частота 10 единиц. Эта частота довольно низкая и поэтому для нее легко делать детали, и монтаж платы некритичен. На этой частоте мы можем усилить сигнал и отфильтровать его, а потом подать на детектор и получить уже звук.

Примерно такой же принцип используется при бинауральных биениях, когда наш смеситель в голове смешивает 2 слышимые частоты в 1000 и 1013 герц, получая промежуточную частоту 13 герц, которая вызывает страх. Или любую другую инфра низкую частоту, которую обычным способом трудно получить. Эти 13 Гц будут просто несущей, без какой-либо информации. Достаточно еще промодулировать их, и можно передавать информацию без фильтрации ее сознанием, т.к. уши не слышат такой звук и обработка идет уже в мозгу, миновав внешние каналы, на которых стоят фильтры.

Супергетеродинный приемник имеет одну особенность. Если его внести в поле, частота которого близка к частоте гетеродина и напряженность очень высока, то это ВЧ поле забьет сигнал гетеродина и приемник будет принимать уже другую станцию.

Например: Частота гетеродина 90 + ПЧ 10 ед = 100 единиц частота станции. Вносим приемник в поле с частотой 103ед, да прибавим ПЧ 10 = 113 единиц. Приемник перестанет принимать станцию на частоте в 100ед.

Образно говоря, если воздействовать на биополе человека более мощным биополем, то сбивается прием наших станций. Примерно так и работает мавзолей и подобные строения.

Принцип радиовещания.

Для понимания работы передающих архитектурных сооружений, нам надо понимать принцип организации радиосвязи на земле. Как писалось выше, для передачи информации применяется несущий сигнал высокой частоты. В качестве несущего элемента так же может применяться свет – оптические кабеля и лазерные системы связи, пульты ИК. Из официальной физики мы знаем, что волна бывает синусоидальной.



Если мы разрежем толщу воды, то увидим затухающие колебания.


Как мы видим из фотографии, колебание распространяется в обе стороны. А если мы видим в 3х мерном виде, то волна идет во все стороны от точки возмущения среды. Неофициальная физика говорит нам о вращающихся колебаниях, которые образуют т.н. торсионные поля. Фотография волн на воде говорит нам, что в природе волна имеет более сложную структуру, чем это принято изображать на графике. Поэтому отрицать поля вращения мы не будем. Тем более, что воронка в ванне и смерчи в природе это подтверждают. Торсионные поля имеют более сложную структуру и совсем другие свойства. Будем предполагать, что в архитектурных строениях используются торсионные поля, которые образуются от энергии ядра земли, которая выходит в точке пересечения линий сетки Хартмана.

Однако вернемся к обычным волнам и принципам передачи сигнала при помощи электромагнитных колебаний.




Генератор высокой частоты дает постоянный сигнал, на котором будет передавать станция, модулятор смешивает этот сигнал с сигналом звуковой частоты, вся смесь подается на усилитель и излучается в эфир. Все просто. Не стоит забывать, что все эти модули требуют источника энергии. Особо много ее требуется для выходного усилителя.

К блоку питания усилителя предъявляются особые требования, т.к. токи высокой частоты могут проникать в цепи питания и наводить высокие напряжения, которые могут привести к повреждению других элементов. Так же эти токи создают помехи в эфире.

Антенны.

Самое интересное во всем этом – передающие и принимающие антенны. Их очень много и выглядят они так, что на первый взгляд можно не понять назначение. Самая простая антенна – штырь, длина которого равна четверти длины волны передатчика. Чем выше частота, тем короче этот штырь. В самых первых моделях телефонов антенна являлась необходимым элементом. Телефоны работали на частоте 400мгц и антенна была примерно 10-16см. Потом телефоны перешли на стандарт 900мгц и длина уменьшилась вдвое, оставив только небольшой штырек в корпусе. Потом научились делать более компактные и сложные антенны, для просчета которых используется специальный софт.

Увеличение частоты до 2.4ггц позволило создавать вот такие устройства.

Простота конструкции антенны имеет и свои недостатки – малое усиление. Лучше сделать более сложную антенну, чем более мощный передатчик. Усложнение антенны выражается в добавлении большего числа элементов. Одной из таких антенн может быть «волновой канал».

Такая антенна обладает односторонней диаграммой направленности. Основой ее служит петлевой вибратор, к которому подключен кабель. Сзади располагается рефлектор, а спереди – директоры — отрезки трубки или провода, которые определяют усиление и расхождение луча. Все геометрические размеры и расстояния строго вычисляются при помощи специальных программ моделирования.



А так выглядит антенна GPS. Ниже представлены еще образцы СВЧ антенны, которые могут поразить воображение.



На этих фотографиях мы видим микросхему, которая содержит в себе антенну в виде плоской спирали и размер ее всего 0.5х0.5 миллиметров. Кроме того, мы видим блок LNA – низкошумящие усилители.


Эта картинка показывает нам RFID метку, размером 1.5 на 3 миллиметра. Рабочая частота 15 ггц. Современные приборы способны работать на частотах до 300 ггц.

Пассивные резонаторы

Пассивными резонаторами называют системы, которые не требуют питания, но при этом повышают или улучшают чувствительность прибора. Существуют и пассивные ретрансляторы. Например в горах, для обеспечения ТВ сигналом местности в низовьях гор используют сложную конструкцию из трубок и полосок. Такой ретранслятор направляет луч вниз горы и немного компенсирует потери сигнала. Существуют пассивные ретрансляторы для сотовых телефонов и WLAN.



Пассивные резонаторы – антенны особой формы, которые переизлучают принятый сигнал на той же частоте. Более известны как наклейки на телефон для защиты от излучения.

Пассивный резонатор хорош тем, что не требует энергии. Еще в начале 50х годов в СССР было сконструировано подслушивающее устройство на базе пассивного резонатора. Жучок был замаскирован под подарок и подарен послу американскому. С улицы он облучался мощным СВЧ генератором, металлическая пластина вибрировала от голоса, модулируя сигнал генератора и уже модулированный и умноженный по частоте сигнал излучался в эфир, где и принимался в той же машине.



Несколько примеров необычных форм резонаторов.


Резонатор помещен в камеру микроволновой печи с частотой 2.4ггц. Высокая напряженность поля приводит к пробою газового промежутка между концом спирали и ее частью.
На этом вводную часть по электромагнитным системам связи можно закончить. Для понимания дальнейшей информации требуется образное мышление и воображение. Нижеследующая информация основана на вышестоящей, а так же на гипотезах и теориях. Любая теория имеет право на существование, пока она не опровергнута или не доказана

Мавзолей – система подавления сознания



Стены облицованы гранитом, который в своем составе имеет кварц. Кристаллы кварца используются в любом цифровом устройстве и называются кварцевые резонаторы. Представляют из себя пластину с напыленными площадками из серебра, к которым приварены выводы. Кварц имеет свойства катушки и конденсатора. При приложении к нему напряжения, его пластина меняет геометрические размеры, при снятии напряжения, она восстанавливает форму, при этом на выводах возникает разность потенциалов. Кварцевый резонатор используют как особо стабильный компонент для генерации тактового сигнала для процессоров.


В аналоговой технике кварцы используют как полосовые фильтры. Кварцы могут работать на частотах до 50-80 мгц. На более высоких частотах используют резонаторы на поверхностных акустических волнах.


К одним пластинам прикладывается напряжение тока высокой частоты, которое заставляет вибрировать пластину на резонансной частоте. Вибрация пластины вызывает появление разности потенциалов на другой паре пластин, причем частота будет резонансной с частотой пластины. Если частота тока не совпадает с резонансной, то пластина не колеблется и на второй паре пластин напряжения не возникает. Таким образом отфильтровываются токи ненужных частот.

Этот пример показывает, что электрический ток воздействует не только на металл, полупроводник или раствор, но и на определенные виды кристаллов. Химически кварц является кремнием, как графит, уголь и алмаз являются углеродом, но с разной формой кристаллической решетки и разными свойствами. Кремний так же используют для изготовления полупроводников.



На рисунке показан внешний вид электрических контактов. Как видно, тут присутствует 3-й контакт, соединенный с общим проводом схемы (земля).

Так выглядит антенна на 432.92 мгц.



Как работает мавзолей?

Для работы этого устройства нужна энергия. Она берется либо из земли в точке пересечения линий сетки Хартмана, либо от внешнего источника – людей. Эта энергия модулируется трупом в мавзолее, внося чуждую нам информацию и излучается из щелей наверху.



Этот кусок карты показывает нам уже знакомые очертания контуров электрических контактов резонаторов. С обеих сторон мавзолея расположены 2 линии-вибраторы простого диполя.


Можно так же предположить, что эти вибраторы облучают треугольное здание, которое вершиной направленно строго на восток. Разглядывая карту в режиме спутника, можно заметить, что с правой стороны от мавзолея находится ГУМ с большим количеством народа.


При внимательном взгляде на ГУМ, нетрудно заметить, что он напоминает 3х элементный волновой канал, где самый дальний от мавзолея ряд является рефлектором, средний вибратором и самый ближний – директором, направляя энергию на мавзолей Самый дальний ряд никак не связан с первыми двумя.

Вариант схемы № 2.

ГУМ – источник энергии. Мавзолей – модулятор, треугольное здание – излучающая антенна, с диаграммой направленности на всю страну.

Заметка на полях для любознательных: проанализировать режим работы ГУМа за последние десятилетия, узнать историю возникновения.

Следующий рисунок иллюстрирует необычность монтажа СВЧ схем.



Слева виден кусок изоляционной пластины, на который нанесен металлический резонатор. Так же видны резонаторы секторного вида. Углы проводников не загнуты на 90 градусов, а скошены под 45, т.к. ток на этих частотах имеет свойство отражаться. При угле в 90 градусов он отразится обратно, а при 45 – в нужную сторону. Материал платы так же играет большое значение на этих частотах. Образы этих резонаторов необходимы для понимания дальнейшего материала.

Церковь – генератор помех

В этом разделе мы разсмотрим, чем на самом деле являются религиозные сооружения и как они влияют на людей.



Конструктивно религиозные постройки являются резонансной камерой, подобного камере микроволновой печи, размеры которой точно рассчитаны. В отличии от микроволновки, источником энергии тут являются люди. В камеру загоняется некоторое количество энергоносителей. Потом начинается служение, которое заключается в песнопении особым способом. Поп заставляет людей петь одинаково хором или специальный хор настраивает людей на один лад. В этот момент частоты биополей паствы синхронизируются по частоте и фазе, образуя один мощный источник энергии. Купол является параболическим зеркалом, направленным вниз. Изначально эта энергия должна была излучаться в космос, тем самым избавляя людей от ненужной негативной энергии. В настоящее время купола покрыты золотом, которое является «радионепрозрачным» материалом для биоэнергии и весь мощный поток отражается от зеркала, падая на людей в центре.



Купол сооружения может быть разного размера, в зависимости от высоты камеры. Это нужно для обеспечения фокусного расстояния и максимальной концентрации энергии в нужной точке.
В этот момент люди ощущают «снисхождение божьей благодати» — мощный энергетический удар по защитному биополю. Возможно этот поток не наносит вреда, т.к. паства является подключенной к соответствующему религиозному эгрегору и может использовать эту энергию себе во благо.
Однако такой предположение очень слабо держится на плаву, т.к. служители христианской церкви облачены в золотые одежды, что является экраном от чужеродных им полей простых людей. Подобные защитные костюмы с тонкими проволочками и заземлением имеют монтажники антенн.


Управление сознанием


Для контроля паствы в христианских храмах, служители культа имеют головной убор.
У основания головного убора можно видеть золотое обрамление. Подобный короткозамкнутый виток имеют трансформаторы. Остатки рассеянного электромагнитного поля наводят в витке электрический ток. Т.к. виток замкнут, то этот ток просто нагревает его, тем самым гася остатки электромагнитного поля. Таким образом патриарх избегает влияния полей на его мысли. Короли так же носили короны из золота, дабы избежать телепатического влияния или чтения мыслей.

Сверху же у него установлена антенна в виде креста. Только высшие чины могут носить головные уборы с крестом.

Крест – пассивный резонатор

Данная система работает очень просто. На куполе устанавливается антенна в виде креста. Часть энергии уходит в него. У каждого приемника так же вешается крест на уровне 4-й чакры (Перси), являющейся первой ступенью из 3-х чакр, отвечающих за творческую деятельность. Крест по образу повторяет образ энергосистемы белого человека.



Переизлучая на частотах церкви, крест создает биополе в районе этой чакры и точки пересечения позитивной и негативной энергий. Внешнее поле к

Кварцевый генератор и резонатор: особенности и отличия

Братья Пьер и Жак Кюри еще в девятнадцатом веке открыли интересную особенность некоторых твердых кристаллов, например кварца. Она заключается в их способности вырабатывать электродвижущую силу при сжатии или напряжении, и наоборот, изменять свои размеры под действием электрического тока. Эта особенность известна под термином «пьезоэффект» и применяется во многих областях науки и техники. На ее основе построены и многие электронные компоненты современных цифровых и радиоприборов.

Немного об устройстве кварцевых генераторов и резонаторов

Эти элементы имеют широкое применение в системах:

  • передачи информации;
  • навигации;
  • радиолокации;
  • связи;
  • телеметрии;
  • вычислительной техники.

В них они служат источниками импульсов с высокой степенью стабильности, обеспечиваемой использованием в качестве резонатора кристалла кварца, от чего и получили свое название. Частота колебаний зависит от его размеров, формы, упругости, а также величины «пьезоэлектрической постоянной».

Электронный компонент состоит из кристалла, помещенного между двумя металлическими пластинами. Частота излучения импульсов имеет прямую зависимость от толщины кварцевой прослойки: чем она больше, тем ниже показатель.

На основе такого резонатора строится работа еще одного электронного устройства – генератора. Он, в свою очередь, способен производить различного вида колебания определенной частоты. При этом для подстройки кварцевого генератора в схему добавляется несколько элементов в виде пары конденсаторов, инвертора и резистора. Для получения различной частоты их параметры можно изменять, благодаря чему рабочие колебания способны находиться в диапазоне от 10 килогерц до 1 МГц. Таким образом, кварцевый резонатор является основным элементом одноименного генератора.

Последний способен выдавать два вида сигнала: синусоидальный и прямоугольный, причем чаще всего используется последний. А его стабильная частота требуется для работы многих более сложных радиотехнических и электронных устройств. Именно ее использование обеспечивает различным микропроцессорным узлам надежность и устойчивость работы.

принцип действия и область применения

С момента изобретения генератора частоты прошло уже много времени. Разработчики столкнулись с множеством проблем. Целью конструкторов всей планеты было создание генератора, который мог бы выдавать на выходе стабильную частоту. Именно на нем основана работа цифровых устройств: компьютеров, микропроцессоров, кварцевых часов и т. Д. Получение стабильной частоты, не зависящей от таких параметров, как температура или время работы, означало прорыв в построении электронных схем и возможность разрабатывать новые электронные устройства.Ситуация в корне изменилась с момента появления кварцевого резонатора. Это небольшое компактное устройство позволяет совершать «чудеса» в электронике.

Схематические решения, в которых реализован кварцевый резонатор, оказались настолько удачными, что это устройство прочно вошло в разряд самых популярных в проектировании и разработке электронных схем. С развитием цифровых устройств наблюдается устойчивая тенденция к использованию кварцевого резонатора все больше и больше. Принцип работы довольно прост и основан на обратном пьезоэффекте.Другими словами, если на его выход подается переменное напряжение, это приведет к фазовому сдвигу, поскольку при падении полуволны устройство начинает отдавать накопленную механическую энергию. Этот эффект заметили разработчики этого удивительного элемента. Каждый кристалл, из которого изготовлен кварцевый резонатор, имеет свои механические свойства. Они, в свою очередь, влияют на параметр, например, на частоту устройства. Представим себе, что несложной схемой мы моделируем условия, в которых устройство будет работать.Начните постепенно увеличивать частоту. В какой-то момент мы достигнем определенного фазового сдвига между питающим напряжением и поставляемым кварцем. Повышая частоту, мы можем ввести цепь в резонанс — собственно, отсюда и название самого устройства.

Миниатюрные устройства на основе резонаторов, широко применяемые в радиоэлектронике. Хорошим примером этого может служить измерительный микрозонд-гетеродин. С их помощью появились стабильные и надежные устройства. В популярной игре «Охота на лисиц» используются устройства на основе этих элементов.

Все известные кварцевые часы содержат кварцевый резонатор, который является стабильным источником импульсов. Подсчитывая эти импульсы, можно сгенерировать второй сигнал, который необходим для работы этого всемирно известного устройства.

Современная электроника не может отказаться от применения этого удивительного устройства. Интересно, как ваш компьютер будет работать, если генератор импульсов опорной частоты в процессоре неожиданно начал производить нестабильную частоту? Это привело бы к сбоям в работе всей системы и, скорее всего, к ее зависанию.

Так называемый кварцевый резонатор — это «сердце» практически любого цифрового устройства. Без него перестанет работать компьютер или ноутбук, не будет интернета и мобильной связи.

Также стоит отметить, что развитие этих устройств идет по пути минимизации размера и увеличения рабочей частоты.

.

Xtal Operation »Примечания по электронике

Работа кристаллов кварца зависит от пьезоэлектрического эффекта, который связывает механические резонансы с электрической системой.


Кристаллы кварца, Руководство Xtals Включает:
Кристаллы кварца: xtals Что такое кварц Как работает кристалл Кристаллический обертон Частота вытягивания кристалла кварца Кристалл кварца огранки Кварцевое старение Изготовление кристаллического резонатора Как указать кристалл кварца VCXO TCXO OCXO Кристаллический фильтр Монолитный кристаллический фильтр Керамический фильтр


Работа кварцевых резонаторов или кристаллов зависит от пьезоэлектрического эффекта и резких механических резонансов материала.

Электрические сигналы преобразуются из своей электрической формы в механические колебания. Именно на эти колебания влияют механические резонансы кристалла кварца, а затем они соединяются обратно в электрическую систему.

Потери, связанные с кристаллами кварца, очень низки, а это означает, что селективность или добротность чрезвычайно высока.

Quartz crystal resonator xtal circuit symbol Условное обозначение схемы кварцевого резонатора, xtal

Пьезоэлектрический эффект

При изучении того, как работает кристалл кварца, сначала необходимо понять основы пьезоэлектрического эффекта.

Это эффект, который проявляется в ряде материалов, как природных, так и синтетических.

Пьезоэлектрический эффект проявляется в кварце, а также в ряде керамических материалов, используемых в электронной промышленности, а также в ряде органических веществ. По этой причине доступны некоторые керамические резонаторы, хотя их характеристики не равны характеристикам кварца с точки зрения использования в качестве резонатора.

Пейзоэлектрический эффект используется не только в резонаторах, но также может применяться в электрических преобразователях — датчиках движения, датчиках напряжения, кристаллических микрофонах и многих других.

Когда возникает пьезоэлектрический эффект, в некоторых твердых материалах возникает электрический заряд в результате приложенного механического напряжения. Этот эффект преобразует механическое напряжение в кристалле в напряжение и наоборот, то есть напряжение может вызвать появление заряда в материале, или размещение заряда в материале вызовет возникновение напряжения.

Как работает кварцевый резонатор: основы

Для работы кристалла кварца обнаружено, что пьезоэлектрический эффект преобразует электрические импульсы в механическое напряжение, которое подвержено механическим резонансам с очень высокой добротностью кристалла, и это, в свою очередь, снова включается в электрическую цепь.

Кристалл кварца может колебаться по-разному, и это означает, что он имеет несколько резонансов — каждый на разной частоте.

К счастью, способ, которым заготовка кристалла кварца вырезан из самого исходного кристалла, может очень значительно уменьшить это. Фактически, угол граней относительно осей исходного кристалла определяет многие из его свойств, от способа его вибрации до его активности Q и его температурного коэффициента.

Если посмотреть, как работает кварцевый резонатор, можно увидеть, что существует три основных способа, которыми кристалл может колебаться:

  • Продольная мода: В продольной моде кристалл удлиняется и укорачивается.Это приводит к тому, что центр становится тоньше при расширении кристалла и толще при его сокращении.
    Quartz crystal resonator longitudinal vibration Продольная вибрация кварцевого резонатора
  • Низкочастотный режим сдвига грани: Для кристаллов, которые работают в этом режиме, вся прямоугольная форма кристалла колеблется, как показано ниже.
    Quartz crystal resonator low frequency shear vibration Кварцевый резонатор с низкочастотной сдвиговой вибрацией
  • Высокочастотный сдвиг: Высокочастотный режим сдвига используется для большинства кварцевых резонаторов, работающих в диапазоне 1 МГц и выше.
    Quartz crystal resonator high frequency shear vibration Кварцевый резонатор с высокочастотной сдвиговой вибрацией

Способ, которым заготовка кристалла вырезан из объемного кристалла, влияет на способ его вибрации. В частности, большое влияние имеет угол, под которым он срезан относительно осей объемного кристалла кварца. Есть несколько стандартных «разрезов», которым даны имена, и они имеют известные и полезные рабочие параметры. Разрез, известный как разрез AT, используется для большинства кристаллов, используемых в традиционных радио- и электронных схемах, и обычно он вибрирует с использованием высокочастотного режима сдвига.

Эквивалентная схема кварцевого резонатора

Для анализа электрического отклика кварцевого резонатора очень часто бывает полезно изобразить его как эквивалентные электрические компоненты, которые потребуются для его замены. Эту эквивалентную схему затем можно использовать для анализа ее отклика и прогнозирования ее характеристик, как показано на диаграмме ниже:

Приведенная ниже эквивалентная схема часто называется 4-параметрической моделью кристалла, и ее достаточно для многих вычислений и для иллюстрации работы кристалла.

Quartz crystal resonator equivalent circuit Эквивалентная схема кварцевого резонатора

Эти теоретические составляющие компоненты можно приравнять к реальным физическим характеристикам кристалла:

  • L: Индуктивность возникает из-за массы материала.
  • C1: Эта емкость возникает из-за податливости кристалла.
  • R: Этот элемент возникает из-за потерь в системе.Самый большой из них возникает из-за потерь на трение при механической вибрации кристалла.
  • Co: Эта емкость в теоретической эквивалентной схеме кристалла кварца возникает из емкости между электродами кристаллического элемента. Это часто называют шунтирующей емкостью.

Кристаллы кварца находят применение не только в генераторах, но и в фильтрах. Здесь они предлагают уровни производительности, которые не могут быть достигнуты другими формами фильтров.Часто в одном фильтре можно использовать несколько кристаллов для обеспечения правильной формы.

Кристаллический параллельный и последовательный резонанс

Есть два режима, в которых может работать кварцевый генератор, что можно увидеть на эквивалентной схеме.

Кварцевые резонаторы могут работать в любом режиме, и на самом деле разница между параллельными и последовательными резонансными частотами довольно мала. Обычно они отличаются друг от друга примерно на 1%.

Quartz crystal resonator impedance plot Характеристика импеданса кварцевого резонатора

Из двух режимов чаще используется параллельный режим, но можно использовать любой из них.Цепи осциллятора для использования различных режимов, естественно, различны, поскольку один колеблется, когда кристалл достигает своего максимального импеданса, а другой работает, когда кристалл достигает своего минимального импеданса.

Crystal Q, добротность

Добротность или добротность — важный аспект резонанса кристалла кварца. Кристаллы предлагают очень высокий уровень Q, иногда превышающий 100 000.

Соответственно, необходимо иметь возможность рассчитать уровень Q, чтобы иметь возможность определять другие ограничения и конструктивные соображения для схемы, в которой она должна работать.

Существует простое уравнение, позволяющее рассчитать значение Q для данного кристалла.

Q знак равно 1 2 π F s р C 1

Из этого можно видеть, что последовательная емкость имеет большое влияние на добротность. Снижение последовательной емкости увеличивает добротность прямо пропорционально для данной частоты.

Резонаторы на кристалле кварца представляют собой сложную связь между электрическими и механическими доменами. Хотя теоретически кажется, что работа теории кажется довольно простой, на практике многие эффекты работают вместе, и они могут связываться неожиданным образом. Известно, что резонаторы из кварцевого кристалла возбуждаются другой модой в конкретной цепи и, следовательно, работают на неправильной частоте. Понимание того, как работают кварцевые резонаторы, может помочь выявить эти проблемы в том маловероятном случае, когда они могут возникнуть.Часто в этом случае достаточно добавления резонансного контура к генератору, чтобы он мог работать только в требуемом режиме.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

.

Гармонический режим »Электроника

По мере увеличения частот кварцевого резонатора становится легче управлять им в обертонном режиме.


Кристаллы кварца, Руководство Xtals Включает:
Кристаллы кварца: xtals Что такое кварц Как работает кристалл Кристаллический обертон Частота вытягивания кристалла кварца Кристалл кварца огранки Кварцевое старение Изготовление кристаллического резонатора Как указать кристалл кварца VCXO TCXO OCXO Кристаллический фильтр Монолитный кристаллический фильтр Керамический фильтр


Самый очевидный метод использования кварцевого резонатора — использовать его на исходной частоте.Однако с увеличением частот заготовки кристаллов становятся намного тоньше и более хрупкими. Чтобы преодолеть это и увеличить частоту воспроизведения, кристаллы могут работать в обертонном режиме.

Для кристалла среза AT эти моды обертона почти равны числу обертонов, умноженных на частоту основной гармоники. Фактически, реальная частота обертона более близка к основной частоте последовательного режима, умноженной на число обертона.

Также следует помнить, что кристаллы могут также иметь много других режимов работы, которые можно использовать.Эти режимы нежелательны и могут возбуждаться в большей или меньшей степени разными цепями. Следует проявлять осторожность, особенно при использовании кристаллов в необратимых цифровых схемах, поскольку нежелательные режимы могут неожиданно доминировать. Любая настройка, естественно, имеет тенденцию подавлять эти нежелательные режимы.

Основные области применения кристаллов обертона — для частот выше 10 МГц и выше. Здесь кристаллы обычно колеблются в режиме сдвига по толщине, и кристаллы могут возбуждаться либо в основных, либо в нечетных обертонах.Обнаружено уменьшение подвижной емкости C1n обертонного кристалла. Он следует приблизительному закону, где емкость для n-го обертона — это емкость для основного тона, деленная на квадрат номера обертона.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

.

Общие сведения о кварцевом резонаторе

Точное время — одно из самых основных требований для многих технологий, которые мы принимаем как должное, но многие ли из нас останавливаются, чтобы рассмотреть компонент, который позволяет нам его получить? Кварцевый кристалл — это наш стандарт, когда нам нужна доступная, известная и стабильная тактовая частота для наших микропроцессоров и других цифровых схем. Возможно, пора присмотреться к нему.

Первые электронные генераторы на радиочастотах основывались на электрических свойствах настроенных цепей с индукторами и конденсаторами, чтобы поддерживать их на частоте.Настроенные схемы дешевы и просты в изготовлении, однако на их стабильность частоты очень сильно влияют внешние факторы, такие как температура и вибрация. Таким образом, ВЧ-генератор, использующий настроенную схему, может дрейфовать на многие кГц за период своей работы, и на его синхронизацию нельзя полагаться. Задолго до того, как для компьютеров потребовалась точная синхронизация, радиопередатчики 1920-х и 1930-х годов должны были оставаться на частоте, и приходилось прилагать значительные усилия, чтобы поддерживать настроенный передатчик на цели.Кристалл кварца ждал, чтобы налететь и спасти нас от этих усилий.

Хорошая вибрация

Эквивалентная схема кристалла кварца. Вольфманкурд [PD} через Wikimedia Commons. Решение проблемы стабильности частоты настроенного контура заключалось в использовании кварцевого кристалла, резонансного элемента, физические свойства которого значительно менее чувствительны, чем индукторы или конденсаторы к внешним факторам, таким как температура. Кристаллы кварца являются пьезоэлектрическими, то есть, когда вы их деформируете, они развивают электрический заряд, а когда к ним прикладывается электрический заряд, они, в свою очередь, деформируются.Таким образом, вы можете электрически создать физическую вибрацию в тщательно вырезанном кристалле кварца. Так же, как камертоны, гонги и другие упругие твердые тела могут проявлять физический резонанс, кристалл можно использовать в качестве электрического резонатора.

Электрическая эквивалентная модель кристалла кварца — это модель последовательно настроенной цепи, включенной параллельно конденсатору, что придает ему некоторые свойства как параллельной, так и последовательно настроенной цепи. Однако она отличается от настроенной схемы, изготовленной из обычных компонентов, тем, что имеет чрезвычайно высокую добротность или узкую полосу пропускания.Он может быть включен в цепь обратной связи генератора таким же образом, как и настроенная цепь, и тогда генератор будет успешно работать на своей резонансной частоте.

Твердый как камень

Осциллятор Пирса. Омегатрон [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons. Практические кристаллы имеют форму точно отшлифованных дисков или пластин синтетического кварца с химически осажденными металлическими электродами с обеих сторон. Они помещены в герметично закрытые пакеты для обеспечения их устойчивости.

Существует множество конфигураций кварцевых генераторов, но наиболее вероятная схема, с которой вы столкнетесь при работе с цифровыми схемами, — это генератор Пирса. Вы обнаружите, что это реализовано с использованием дискретных логических вентилей, а также во множестве микропроцессоров и других ИС. Кристалл устроен с парой конденсаторов и резистором смещения высокого номинала как схема фазового сдвига от выхода к входу инвертора. Один из конденсаторов может иногда иметь небольшой переменный конденсатор, подключенный параллельно, что позволяет выполнять очень небольшие регулировки частоты для корректировки допусков отдельных кристаллов.На резонансной частоте кристалла требуется сдвиг фазы на 180 градусов по кристаллу для поддержания колебаний.

То, что вы только что прочитали, представляет собой очень простой пример того, что такое кристалл, как он работает и как вы можете увидеть его использование. Однако это даст вам только часть истории, поскольку кварцевый резонатор — это больше, чем кажется на первый взгляд.

Все в подтекстах

Резонансная частота кристалла кварца пропорциональна его размерам.По мере того, как кристалл становится тоньше, частота увеличивается. В конце концов, когда частота увеличивается, наступает момент, когда толщина материала не может быть уменьшена дальше без разрушения кристалла, поэтому существует верхняя частота, за которой кристалл не может быть изготовлен. Он варьируется в зависимости от используемых методов, но обычно превышает 20 МГц.

Демонстрация гармонических обертонов в звуковых волнах в закрытой трубе. Commator [CC BY-SA 4.0], через Wikimedia Commons.Конечно, вы заметите, что кристаллы доступны во много раз больше частоты, так что случилось? Ответ заключается в том, что частоты кристалла выше этого числа достигаются за счет гармонических обертонов. Частота ниже 20 МГц — это просто основной резонанс, другие резонансы могут быть достигнуты в том же кристалле при кратных основаниях. Этот эффект можно легко продемонстрировать на примере стоячих волн в привязанном канате или в акустических свойствах закрытой трубы, как показано на диаграмме.

На практике кристалл, предназначенный для использования обертона, будет иметь резонансы, нечетные кратные его основной частоте. Так, например, обертонный кристалл с основной частотой 10 МГц также будет иметь резонансы обертона на 30 и 50 МГц.

Обертонная версия генератора Пирса с дополнительной настройкой схемы. Примечание 340 к приложению Fairchild Semiconductor, Кристаллические генераторы HCMOS.

Включение кристалла обертона в схему Пирса, показанную выше, не вызовет его колебания на частоте обертона, вместо этого он будет работать на своей основной частоте.Обертонный генератор должен включать в себя дополнительную настроенную схему, предназначенную для подавления основной частоты, оставляя наиболее заметные из обертоновых резонансов определять частоту колебаний. В нашем примере из примечания к приложению логики CMOS, индуктивность в выходной цепи инвертора выполняет эту задачу.

Помимо осциллятора есть еще одна функция, в которой вы можете встретить кристаллы. В радиосхемах их чрезвычайно узкая полоса пропускания означает, что они могут быть подключены гирляндой для создания чрезвычайно селективного фильтра.Один из методов генерации передачи с одной боковой полосой использует кварцевый фильтр, достаточно узкий, чтобы выделить одну боковую полосу из сигнала AM несущей с подавлением двух боковых полос.

Скорее всего, когда вам понадобятся часы с кварцевым управлением в наши дни, вам понадобится готовый модуль кварцевого генератора, и вам никогда не придется создавать свои собственные. А когда вам понадобится более высокая частота, вы будете использовать микросхему тактового генератора с фазовой автоподстройкой частоты, так что вам никогда не понадобится создавать генератор обертонов.Но если речь идет о каком-либо часто используемом компоненте, знание основ не вредит, и кристаллы не являются исключением.

[Показанное и уменьшенное изображение кристалла Arduino: DustyDingo [Общественное достояние], через Wikimedia Commons.]

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *