Bộ cộng hưởng thạch anh - cấu trúc, nguyên lý hoạt động, cách kiểm tra

Công nghệ kỹ thuật số hiện đại đòi hỏi độ chính xác cao, do đó, không có gì đáng ngạc nhiên khi hầu hết mọi thiết bị kỹ thuật số không thu hút sự chú ý của người đàn ông trung bình ngày nay đều chứa bộ cộng hưởng thạch anh bên trong.

Bộ cộng hưởng thạch anh cho các tần số khác nhau là cần thiết như là nguồn dao động điều hòa ổn định và đáng tin cậy, để vi điều khiển kỹ thuật số có thể dựa vào tần số tham chiếu và hoạt động với nó trong tương lai, trong quá trình vận hành thiết bị kỹ thuật số. Do đó, một bộ cộng hưởng thạch anh là sự thay thế đáng tin cậy cho mạch LC dao động.

Nếu chúng ta xem xét một mạch dao động đơn giản, bao gồm tụ điện và cuộn cảm, nó nhanh chóng trở nên rõ ràng rằng hệ số chất lượng của mạch như vậy trong mạch sẽ không vượt quá 300, ngoài ra, điện dung của tụ điện sẽ nổi tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường, điều tương tự sẽ xảy ra với độ tự cảm.

Không phải là không có gì mà tụ điện và cuộn dây có các tham số như TKE - hệ số nhiệt độ của điện dung và TKI - hệ số nhiệt độ của cuộn cảm, cho thấy các thông số chính của các thành phần này thay đổi theo nhiệt độ của chúng.

Không giống như các mạch dao động, các bộ cộng hưởng dựa trên thạch anh có yếu tố Q không thể đạt được đối với các mạch dao động, có thể được đo bằng các giá trị từ 10.000 đến 10.000.000 và độ ổn định nhiệt độ của các bộ cộng hưởng thạch anh là không thể, bởi vì tần số không đổi ở bất kỳ nhiệt độ nào, thường là từ phạm vi - 40 ° C đến + 70 ° C.

Vì vậy, do sự ổn định nhiệt độ cao và yếu tố chất lượng, bộ cộng hưởng thạch anh được sử dụng ở mọi nơi trong kỹ thuật vô tuyến và điện tử kỹ thuật số.

Để phân công vi điều khiển hoặc bộ xử lý tần số đồng hồ, anh ta luôn cần một máy phát đồng hồ, mà anh ta có thể tin cậy, và máy phát này luôn cần một tần số cao và độ chính xác cao. Ở đây, bộ cộng hưởng thạch anh đến giải cứu. Tất nhiên, trong một số ứng dụng, bộ cộng hưởng áp điện có hệ số chất lượng 1000 có thể được phân phối, và bộ cộng hưởng như vậy là đủ cho đồ chơi điện tử và radio gia đình, nhưng thạch anh là cần thiết cho các thiết bị chính xác hơn.

Cơ sở của bộ cộng hưởng thạch anh là hiệu ứng áp điệnphát sinh trên một tấm thạch anh. Thạch anh là một biến đổi đa hình của silicon dioxide SiO2, và được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng tinh thể và sỏi. Dạng tự do trong lớp vỏ thạch anh của trái đất là khoảng 12%, ngoài ra, ở dạng hỗn hợp, các khoáng chất khác cũng chứa thạch anh, và nói chung hơn 60% thạch anh trong lớp vỏ trái đất (phần khối lượng).

Để tạo ra các bộ cộng hưởng, thạch anh nhiệt độ thấp, có đặc tính áp điện rõ rệt, là phù hợp. Về mặt hóa học, thạch anh rất ổn định, và nó chỉ có thể được hòa tan trong axit hydrofluoride. Thạch anh có độ cứng vượt trội so với opal, nhưng không đạt tới kim cương.

Trong quá trình sản xuất tấm thạch anh, một mảnh được cắt từ tinh thể thạch anh ở một góc được chỉ định nghiêm ngặt. Tùy thuộc vào góc cắt, tấm thạch anh thu được sẽ khác nhau về tính chất cơ điện của nó.

Phần lớn phụ thuộc vào loại cắt: tần số, độ ổn định nhiệt độ, độ ổn định cộng hưởng và sự vắng mặt hoặc hiện diện của tần số cộng hưởng giả. Sau đó, một lớp kim loại được áp dụng cho tấm ở cả hai mặt, có thể là niken, bạch kim, bạc hoặc vàng, sau đó tấm được cố định bằng dây cứng vào đế của hộp cộng hưởng thạch anh. Bước cuối cùng - trường hợp được lắp ráp kín.

Do đó, một hệ thống dao động có tần số cộng hưởng riêng của nó được thu được, và bộ cộng hưởng thạch anh thu được theo cách này có tần số cộng hưởng riêng được xác định bởi các tham số điện cơ.

Bây giờ, nếu một điện áp xoay chiều của một tần số cộng hưởng nhất định được đặt vào các điện cực kim loại của nhựa, một hiện tượng cộng hưởng sẽ xuất hiện và biên độ dao động điều hòa của bản sẽ tăng rất đáng kể. Trong trường hợp này, điện trở của bộ cộng hưởng giảm đáng kể, nghĩa là quá trình này tương tự như những gì đang xảy ra trong một mạch dao động tuần tự. Do hệ số chất lượng cao của một "mạch dao động" như vậy, sự mất năng lượng trong quá trình kích thích của nó ở tần số cộng hưởng là không đáng kể.

Trên mạch tương đương: C2 là công suất điện tĩnh của các tấm có giá đỡ, L là điện cảm, C1 là điện dung, R là điện trở, phản ánh tính chất cơ điện của tấm thạch anh được lắp đặt. Nếu bạn loại bỏ các phần tử lắp, mạch LC nhất quán vẫn còn.

Trong quá trình lắp đặt trên bảng mạch in, bộ cộng hưởng thạch anh không thể bị quá nóng, vì thiết kế của nó khá dễ vỡ và quá nóng có thể dẫn đến biến dạng của các điện cực và giá đỡ, chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của bộ cộng hưởng trong thiết bị đã hoàn thành. Nếu thạch anh được nung nóng đến 5730 ° C, nó sẽ mất hoàn toàn tính chất áp điện của nó, nhưng may mắn thay, không thể làm nóng một nguyên tố bằng sắt hàn đến nhiệt độ như vậy.

Chỉ định của bộ cộng hưởng thạch anh trong sơ đồ tương tự như chỉ định của một tụ điện có hình chữ nhật giữa các tấm (tấm thạch anh) và với dòng chữ "ZQ" hoặc "Z".

Thông thường, nguyên nhân gây ra thiệt hại cho bộ cộng hưởng thạch anh là do rơi hoặc tác động mạnh của thiết bị được lắp đặt, và sau đó cần phải thay thế bộ cộng hưởng bằng một bộ cộng hưởng mới có cùng tần số cộng hưởng. Thiệt hại như vậy là cố hữu trong các thiết bị có kích thước nhỏ, dễ rơi. Tuy nhiên, theo thống kê, thiệt hại như vậy đối với bộ cộng hưởng thạch anh là cực kỳ hiếm và thường thì sự cố của thiết bị là do một lý do khác.

Để kiểm tra bộ cộng hưởng thạch anh về khả năng bảo trì, bạn có thể lắp ráp một đầu dò nhỏ không chỉ giúp xác minh khả năng hoạt động của bộ cộng hưởng mà còn để xem tần số cộng hưởng của nó. Mạch thăm dò là một mạch dao động tinh thể điển hình sử dụng một bóng bán dẫn duy nhất.

Bằng cách bật bộ cộng hưởng giữa cơ sở và âm (có thể thông qua một tụ điện bảo vệ trong trường hợp ngắn mạch trong bộ cộng hưởng), vẫn còn để đo tần số cộng hưởng bằng máy đo tần số. Mạch này cũng thích hợp để cài đặt trước các mạch dao động.

Khi mạch được bật, một bộ cộng hưởng khỏe sẽ góp phần tạo ra các dao động và một điện áp xoay chiều có thể được quan sát trên bộ phát của bóng bán dẫn, tần số sẽ tương ứng với tần số cộng hưởng cơ bản của bộ cộng hưởng thạch anh được thử nghiệm.

Bằng cách kết nối máy đo tần số với đầu ra đầu dò, người dùng sẽ có thể quan sát tần số cộng hưởng này. Nếu tần số ổn định, nếu gia nhiệt nhẹ của bộ cộng hưởng với một que hàn được nâng lên không dẫn đến sự trôi mạnh của tần số, thì bộ cộng hưởng ở trong tình trạng tốt. Nếu không có thế hệ, hoặc tần số sẽ nổi hoặc nó sẽ khác hoàn toàn so với thành phần được thử nghiệm, thì bộ cộng hưởng bị lỗi và cần được thay thế.

Đầu dò này cũng thuận tiện cho việc cài đặt trước các mạch dao động, trong trường hợp này là tụ điện C1 được yêu cầu, mặc dù nó có thể được loại trừ khỏi mạch khi kiểm tra các bộ cộng hưởng. Mạch được kết nối đơn giản thay vì bộ cộng hưởng và mạch bắt đầu tạo dao động theo cách tương tự.

Bộ lấy mẫu được lắp ráp theo mạch đã cho hoạt động tuyệt vời ở tần số từ 15 đến 20 MHz. Đối với các phạm vi khác, bạn luôn có thể tìm kiếm các mạch trên Internet, vì có rất nhiều trong số chúng, cả trên các thành phần riêng biệt và trên một vi mạch.

Comments

[#1 Linh tinh]

Dành cho lứa tuổi mầm non.