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:
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.
то есть кроме того, что на первый кварц нужно подавать питание, нужно его заземлять, есть ли различия в применениях? точность?
развожу smd схему, нужен кварц маленький по размерам, 10-20 МГц, который будет тактировать генератор синусоиды dds AD9834. прошу прощения, сам ни разу никакой из кварцев в руках не держал, а нужно паять серьезную вещь.
Спасибо, полезная информация! Не подскажите, насчет синхронизации этих кварцевых генераторов? Возможно ли подачей питания на несколько кварцевых генераторов на разных схемах получить точную синхронизацию по фазе, или нужно для всех схем использовать 1 генератор?
Рассмотрим особенности, характеристики и технологии проектирования продукции RECOM: AC/DC-преобразователи для установки на плату и для внешнего монтажа, изолированные DC/DC-преобразователи, импульсные регуляторы и силовые модули, а также средства отладки для поддержки разработчиков и ускорения выхода разработок на рынок.
Синхронизацию по фазе от разных генераторов получить просто так нельзя. Но это можно сделать схемами PLL (ФАПЧ) от общего тактового сигнала (в сложных схемах) или просто развести общий тактовый сигнал, через повторители какие-нибудь
Создать интеллектуальный пожарный датчик, который будет не только оповещать о возгорании, а способен легко интегрироваться в системы умного дома или предприятия и выполнять ряд дополнительных действий, возможно с компонентами STMicroelectronics: высокопроизводительным радиочастотным трансивером S2-LP и малопотребляющим усилителем TSV629x. Рассмотрим подробнее это решение, отладочные комплекты и программный пакет ST.
это те с которыми я имел дело недавно. Эти генераторы используются например в отладочных платах TI. Я сколько не лазил с осциллографом, так там нашел только напряжение около 50 мВ, ток около 1мА и странной формы частоту.
Интересно посмотреть что они выдают при нормальной работе.
arkhnchul
Друг Кота
Карма: 38 Рейтинг сообщений: 618 Зарегистрирован: Пн апр 06, 2015 11:01:53 Сообщений: 3134 Откуда: москва, уфа Рейтинг сообщения: 0
Кварц — это один из самых распространенных минералов в земной коре. Его доля составляет около 60%. Кварц состоит из кремния, но в связке с кислородом. Его формула SiO2.
Еще в XIX веке, два брата Кюри обнаружили интересное свойство некоторых твердых кристаллов генерировать ЭДС при сжатии или растяжении такого вещества. Но существует и обратный эффект, то есть при подаче напряжения мы можем или растянуть вещество, либо сжать. На самом же деле, невооруженным глазом это практически не заметно. Такой эффект называется пьезоэффектом. А такие вещества называются пьезоэлектриками.
ЭДС в пьезоэлектриках возникает только в процессе сжатия или растяжения.
Кристаллы кварца тоже обладают пьезоэффектом и способны также вырабатывать ЭДС или деформироваться (изгибаться, изменять форму) под воздействием электрического тока.
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. Получается, кварцевый резонатор в электронике, а в народе просто «кварц», — это радиоэлемент, который способенрезонировать, если на него подать переменный ток определенной частоты и формы.
Разобрав кварцевый резонатор, можно увидеть сам кристалл кварца.
В маленьких кварцах используются тонкие прямоугольные пластинки кварца.
Здесь правило такое: чем больше толщина пластинки, тем ниже рабочая частота кварца. Поэтому самые большие частоты, на которые делают кварцы, составляет не более 50 МГц, так как пластинка получается очень тонкая, что создает трудности при ее изготовлении, да и держать ее как-то надо в корпусе не поломав. Можно выжать из кварца частоту и до 200 МГц, но работать такой кварц будет на обертоне.
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 обертоновую. 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.
Пример: возьмем кварц с частотой в 10 МГц. Тогда мы можем возбудить его на обертонах в 30 МГц (третий обертон), в 50 МГц (пятый обертон), в 70 МГц (седьмой обертон) и на крайняк, в 90 МГц (девятый обертон).
Схема, которая возбуждает кварц на обертонах, сложная и не очень надежная, так как во-первых, надо «давить» главную частоту кварца и выделять обертоновую, а во-вторых, кварц может возбудиться в режиме случайных колебаний. На практике все-таки делают схемы с умножением главной частоты кварца, что намного проще и надежнее.
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. Поэтому на схемах его показывают как прямоугольный кусочек кристалла, заключенного между двумя пластинками конденсатора (рис. 5).
Очень много мифов ходит по интернету именно о кварцевом резонаторе. Самый ходовый миф гласит так: если подать постоянное напряжение на кварцевый резонатор, он будет выдавать переменное напряжение с частотой, указанной на нем. Кристалл кварца просто сожмется или разожмется. Некоторые вообще до сих пор думают, что кварц сам по себе выдает переменный ток.
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.
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
Каждый кварц имеет разные частоты последовательного и параллельного резонанса. Понятие слова «возбуждение» в данном случае говорит о том, что мы из кварца и некоторых радиодеталек делаем схемку, с помощью которой получаем частоту от кварца, которая на нем написана.
Это говорит нам о том, что на частоте последовательного резонанса мы можем возбудить этот кварц на частоте 8 МГц.
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 обертоновая гармоника.
РГ-05-18000кГц — резонатор для работы на основной частоте,
РГ-05-27,465МГц — для работы на 3-ем обертоне.
Кварцевый генератор
Что такое генератор? Генератор — это по сути устройство, которое что-то производит. В электронике очень часто можно услышать словосочетание «генератор электрической энергии, генератор частоты, генератор функций» и тд.
Кварцевый генератор представляет из себя генератор частоты и имеет в своем составе кварцевый резонатор. Теперь, думаю, не будете путать кварцевый резонатор с генератором. В основном кварцевые генераторы бывают двух видов: те, которые могут выдавать синусоидальный сигнал и те, которые выдают прямоугольный сигнал. Чаще всего используется последний.
Принцип работы кварцевого генератора такой: кристалл кварцевого резонатора заставляют вибрировать, прикладывая к нему переменное напряжение. Амплитуда таких колебаний достигает максимума при совпадении частоты приложенного переменного напряжения с резонансной частотой кварцевого резонатора.
Такие модули кварцевых генераторов в основном имеют 4 вывода.
