Bộ cộng hưởng thạch anh: mục đích, ứng dụng, nguyên tắc hoạt động, đặc điểm sử dụng

Bộ cộng hưởng thạch anh để làm gì?

Thiết bị điện tử kỹ thuật số hiện đại, hoàn chỉnh với bộ vi xử lý và bộ vi điều khiển, đơn giản là không thể tưởng tượng được nếu không có dao động đồng hồ. Và nơi thu được các dao động của đồng hồ, ở đó có hoạt động của máy phát và hệ thống dao động, và ở đâu có hệ thống dao động, cả hiện tượng cộng hưởng và một thông số quan trọng như hệ số chất lượng nhất thiết sẽ xuất hiện. Ở đây chúng tôi được giới thiệu về bộ cộng hưởng thạch anh (bộ tạo dao động).

Bộ cộng hưởng thạch anh (thạch anh) là một máy phát dao động điện từ có tần số không đổi cao, sử dụng các đặc tính cơ học và áp điện của tấm thạch anh.

Theo nguyên lý hoạt động, bộ cộng hưởng thạch anh là bộ tạo dao động có ổn định tần số thạch anh. Những máy phát như vậy được sử dụng làm máy phát chính có độ ổn định cao trong thiết bị đo lường, tiêu chuẩn tần số và thời gian, đồng hồ thạch anh cũng như trong các thiết bị điện tử khác nhau.

Nhược điểm của bộ cộng hưởng thạch anh là nó chỉ có thể tạo ra ở tần số cố định được xác định bởi tần số cộng hưởng của thạch anh và thực tế không cho phép điều chỉnh tần số.

Tất cả các mạch cộng hưởng thạch anh được chia thành hai nhóm lớn tùy thuộc vào loại cộng hưởng thạch anh nào (song song hoặc nối tiếp) được sử dụng trong chúng. Phổ biến nhất là các mạch cộng hưởng thạch anh, trong đó thạch anh hoạt động gần với tần số cộng hưởng song song của nó.

Vì vậy, bộ cộng hưởng thạch anh trong mạch điện tử là một sự thay thế vô song cho bất kỳ mạch dao độnggồm một tụ điện và một cuộn cảm. Đầu ra là hệ số Q cao nhất của bộ cộng hưởng thạch anh. Trong khi một mạch LC tốt đạt hệ số Q là 300 thì hệ số Q của bộ cộng hưởng thạch anh có thể lên tới 10.000.000. Do đó, không có mạch dao động nào có thể được so sánh với bộ cộng hưởng thạch anh về hệ số Q.

Không cần phải nói về ảnh hưởng của nhiệt độ đến tần số cộng hưởng. Tần số cộng hưởng của mạch dao động tương tự mạnh phụ thuộc vào TKE (hệ số nhiệt độ của điện dung) của tụ điện đi vào nó. Mặt khác, thạch anh có độ ổn định nhiệt độ rất cao, vì lý do này, các bộ cộng hưởng thạch anh giữ vững vị trí của chúng như là nguồn dao động cho các bộ tạo tần số đồng hồ cho các mục đích khác nhau.

Bộ cộng hưởng thạch anh hoạt động như thế nào

Để hiểu cách hoạt động và hoạt động của bộ cộng hưởng thạch anh, chỉ cần nhớ nó là gì hiệu ứng áp điện… Hãy tưởng tượng một phiến thạch anh nhiệt độ thấp (silicon dioxide) được cắt từ một tinh thể theo một cách nhất định.Góc mà một tấm wafer được cắt ra khỏi tinh thể xác định các đặc tính cơ điện của bộ cộng hưởng được tạo ra. Các điện cực hiện được gắn vào tấm này ở cả hai mặt bằng cách lắng đọng các lớp niken, bạch kim, vàng hoặc bạc và dây rắn được gắn vào chúng. Toàn bộ cấu trúc được đặt trong một vỏ kín nhỏ.

Do đó, một hệ thống dao động cơ điện đã thu được, có hiệu ứng áp điện (do đặc tính tự nhiên của thạch anh nhiệt độ thấp) và có tần số cộng hưởng riêng.

Nếu bây giờ một điện áp xoay chiều được đặt vào các điện cực, tần số của nó gần với tần số cộng hưởng của hệ dao động thu được, thì tấm sẽ bắt đầu co lại và giãn nở cơ học với biên độ cực đại, và do hiệu ứng áp điện, càng gần tần số của điện áp đặt vào là cộng hưởng, thì điện trở của bộ cộng hưởng sẽ càng thấp. Đây là sự tương tự của bộ cộng hưởng thạch anh với mạch dao động tần số cao. Kết quả về cơ bản tương tự như một mạch LC nối tiếp.

Đặc điểm của bộ cộng hưởng thạch anh

Một bộ cộng hưởng thạch anh có thể được biểu diễn dưới dạng một mạch điện tương đương, trong đó C0 là điện dung lắp đặt được hình thành bởi các giá đỡ cáp kim loại và các điện cực. C1, L và R là điện dung, độ tự cảm và điện trở hoạt động của tấm trực tiếp với các điện cực, như một chất tương tự của mạch dao động thực thu được do các đặc tính cơ điện của tấm.

Nếu chúng ta loại trừ điện dung lắp C0 khỏi mạch, thì rõ ràng chúng ta sẽ nhận được một mạch dao động nối tiếp.Đối với ký hiệu của bộ cộng hưởng trong sơ đồ, nó trông giống như một tụ điện có hình chữ nhật tượng trưng cho một tinh thể thạch anh giữa các bản.

Trong quá trình lắp ráp và tháo rời các bộ cộng hưởng thạch anh trên bảng bằng cách hàn, cần nhớ rằng thạch anh quá nóng trên 573 ° C có thể làm mất các đặc tính áp điện của tinh thể.