Резонатор принцип работы

В современной цифровой электронике и микропроцессорной технике достаточно легко можно обнаружить электронный компонент называемый резонатор. В принципе в упрощенном виде, кварцевый резонатор представляет из себя колебательный контур на основе емкости и индуктивности, но он превосходит классический LC-контур по очень многим параметрам.

Как мы уже должны знать из курса электротехники, главный параметр любого колебательного контура добротность. Кварцевые резонаторы обладают на порядок улучшенной добротностью. Кроме того резонаторы обладают отличной температурной стабильностью. Именно благодаря этим двум параметрам кварцевые резонаторы нашли в электронике такое широкое применение.

Устройство и принцип работы резонатора

Принцип работы резонатора базируется на пьезоэлектрическом эффекте. В устройстве любого кварцевого резонатора лежит кварцевая пластина. Она изготавливается из разновидностей кремнезема SiO2. Для изготовления резонаторов подходит только низкотемпературный кварц, который обладает отличными пьезоэлектрическими свойствами. В природе он бывает в виде кристаллов и бесформенной гальки.

Кристалл кварца

Химически кварц очень устойчив во внешней среде и не растворяется ни в какой кислоте, за исключением лишь плавиковой. Кварц на шкале твердости занимает седьмое место из десяти. Для изготовления кварцевой пластины из из кристалл кварца под определенным углом вырезается пластинка. Углом среза, задаются электромеханические свойства кварцевой пластины, температурная стабильность, количество паразитных резонансов, резонансная частоту.

Затем на обе стороны кварцевой пластины наносят металлизированный слой из серебра, никеля или платины и с помощью проволочных контактов закрепляют в кварцедержателе. Далее всю эту составную конструкцию размещают в герметичный корпус.

Кварцевый резонатор это электромеханическая колебательная система, обладающая своей резонансной частотой. Если к резонатору приложить переменное напряжение, совпадающее, то случиться резонанс частот и амплитуда колебаний резко увеличиться.

В момент резонанса электрическое сопротивление кварца резко снижается. В результате имеем полнофункциональный эквивалент последовательной колебательной системы. Так как потери энергии в кварце очень малы, то по сути он представляет собой стандартный колебательный контур с огромной добротностью. Рассмотрим эквивалентную электрическую схему кварцевого резонатора

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора

С0 – это статическая емкость возникающая между металлическими пластинами и держателем. Последовательно соединенные индуктивность и конденсатор С1, а также активное сопротивление Rакт. описывают основные электромеханические свойства пластинки. То-есть если не учитывать емкость монтажа и С0, то увидим самый обычный последовательный колебательный контур.

обозначение кварцевого резонатора на схеме

При монтаже резонатора на печатную необходимо следить затем, чтоб не перегреть его. Так как конструкция резонатора обычно довольно тонкая и температурный перегрев может быть причиной механической деформацией кварцедержателей и пластинок-электродов, что скажется на качестве работы схемы.

На принципиальных схемах обозначение кварцевого резонатора похоже на конденсатора, только между пластинами имеется прямоугольник, который обозначает пластину кварца. Рядом с графическим изображением ставиться латинская буква Z или ZQ.

Как проверить кварцевый резонатор

Чтобы проверить работоспособность кварцевого резонатора, нужно собрать одну из предложенных схем для проверки. Самый простой пробник для проверки состоит из головки микроамперметра и транзистор VT1 используется в роли генератора и нескольких других радиокомпонентов