Керамический резонатор — Ceramic resonator
А керамический резонатор является электронный компонент состоящий из части пьезоэлектрический керамика материал с двумя или более металлическими электродами. При подключении в электронный генератор схема, резонансный механические колебания в устройстве вызывают колеблющийся сигнал конкретного частота. Как аналогичный Кристалл кварца, они используются в генераторы для таких целей, как создание тактовый сигнал используется для управления синхронизацией в компьютерах и других цифровых логических устройствах или для генерации несущего сигнала в аналоговых радиопередатчиках и приемниках.
Керамические резонаторы изготовлены из высокостабильных пьезоэлектрический керамика, обычно титанат циркония свинца (PZT ) который функционирует как механический резонатор. Во время работы механические колебания вызывают колебательное напряжение в прикрепленных электродах из-за пьезоэлектричество материала. Толщина керамической подложки определяет резонансная частота устройства.
Содержание
Пакеты
Типичный керамический корпус резонатора имеет два или три связи. Двухконтактные устройства обычно являются самими резонаторами, тогда как трех-, а иногда и четырехконтактными устройствами являются фильтры, часто используемые в радиостанциях AM и FM, а также во многих других радиочастотных приложениях. [1] Они входят в оба поверхностный монтаж и сквозное отверстие разновидности с множеством различных следов. Колебания происходят между двумя контактами (соединениями). Третий штифт (если имеется; обычно центральный штифт) подключен к земля. [2] [3]
Приложения
Керамические резонаторы могут использоваться в качестве источника тактовый сигнал за цифровые схемы Такие как микропроцессоры где точность частоты не критична. [4] Кварц имеет допуск по частоте 0,001%, а PZT — 0,5%.
Они используются в схемах синхронизации для широкого спектра приложений, таких как телевизоры, видеомагнитофоны, автомобильные электронные устройства, телефоны, копировальные устройства, камеры, синтезаторы голоса, коммуникационное оборудование, пульты дистанционного управления и игрушки. Керамический резонатор часто используется вместо кристаллов кварца в качестве эталонные часы или же генератор сигналов в электронной схемотехнике за счет невысокой стоимости и меньших размеров.
Достижимый диапазон более низкой добротности и более высокой частоты может быть полезен при использовании TCXO, кварцевые генераторы с температурной компенсацией. Частоту генератора можно «тянуть» в более широком диапазоне, чем у высокодобротного кристалла. Это обеспечивает более широкий диапазон настроек, что может быть критичным для устройств, работающих при экстремальных (особенно низких) температурах, когда собственная температурно-частотная зависимость кристалла может вывести его за пределы допустимого диапазона для желаемой частоты. [5]
Керамические фильтры
Керамические резонаторы похожи на керамические фильтры. Керамические фильтры часто используются в IF этапы из супергетеродинный приемники. Первоначально керамические фильтры использовались в качестве очень недорогих фильтров для радиоприемников вещания, как средневолновых комплектов с типичной ПЧ 455 кГц, так и радиовещательных комплектов ЧМ с каскадом ПЧ около 10,7 МГц. Однако, поскольку производительность значительно улучшилась, они также используются во многих других радиочастотных приложениях. [6]
Керамические резонаторы Murata
Компания Murata выпускает огромный ассортимент радиоэлектронных компонентов, на основе керамических материалов. В статье рассказывается о керамических резонеторах, использующих пьезоэлектрические свойства керамики.
Компания Murata была основана в 1944 году и изначально являлась производителем керамических конденсаторов. Со дня своего основания компания значительно расширила ассортимент выпускаемой продукции — это конденсаторы и резисторы, EMI-фильтры, керамические резонаторы и многое другое. Отличительной особенностью продукции фирмы является то, что большинство изделий изготовлено на основе керамики. Компанией в полной мере используются удивительные свойства керамических материалов, что позволяет ей создавать высококачественную продукцию, признанную многими специалистами во всем мире. Керамика — это материал, похожий на обоженную глину, изготовляемый путем спекания в специальных печах различных, очищенных на атомарном уровне, материалов. Путем добавления различных примесей, изменением температуры и атмосферных характеристик процесса обжига можно менять свойства керамических материалов, что, в свою очередь, дает практически безграничный простор для деятельности.
Керамические технологии Murata всеобъемлющи. Применение революционных технологий, ежегодная регистрация нескольких тысяч патентов, связанных с усовершенствованием и развитием производственного процесса — все это ставит компанию Murata в мировые лидеры и говорит о ее технологической мощи.
Статья является продолжением начатого цикла публикаций о продукции Murata, в ней речь пойдет об изделиях, использующих пьезоэлектрические свойства керамики, в частности, о керамических резонаторах.
Процесс разработки резонаторов на основе пьезоэффекта в керамике принадлежит фирме Murata и запатентован под товарным знаком Ceralock®.
Керамический резонатор Murata Ceralock
В основе разработки используется явление механического резонанса в пьезоэлектрической керамике. Приложение электрического потенциала к керамической пластине вызывает ее деформацию и наоборот, деформация керамики приводит к появлению на поверхности пластины электрических зарядов. Приложение переменного электрического потенциала приведет к возбуждению механических колебаний керамической пластины. Если частота этих колебаний близка к частоте собственного механического резонанса керамической пластины, то амплитуда колебаний значительно возрастает, увеличивается величина зарядов, обусловленных пьезоэффектом. В этом случае керамический резонатор, включенный в электрическую цепь, проявляет себя эквивалентно колебательному контуру. В зависимости от того, в какой плоскости пластины происходит резонанс, можно получить различные рабочие частотные диапазоны (табл. 1).
В качестве осцилляторного элемента электронных схем широко применяются колебательные контуры, построенные на LC- и RC-элементах, но им присущ ряд недостатков, основными из которых являются низкая температурная стабильность, большое отклонение частоты резонанса от номинала, значительные габаритные размеры.
Применение в схеме кварцевых резонаторов позволяет избавиться от указанных недостатков, существенно повысить точность настройки и температурную стабильность. Однако кварцевым резонаторам тоже присущи недостатки, такие, как высокая цена и сравнительно большие размеры корпуса. Фирма Murata предлагает другое решение — применение в электронных схемах керамических резонаторов. Керамические резонаторы являются хорошим решением в том случае, когда предъявляются не слишком высокие требования по точности, важны небольшие размеры корпуса и малая цена.
Сравнительные характеристики контуров LC и RC, кварцевых и керамических резонаторов представлены в таблице 2.
Из таблицы 2 видно, что керамические резонаторы по своим параметрам занимают промежуточное значение между колебательными контурами, построенными на основе контуров LC и RC элементов. Температурная стабильность кварцевого резонатора 10–6 °С, температурная стабильность контуров LC и RС — 10
–3 … 10
–4 °С . Температурная стабильность керамического резонатора — 10
–5 °С в диапазоне температур от –20 до +80 °С.
Важной отличительной чертой керамического резонатора являются малые размеры корпуса и малый вес. Габаритные размеры в эпоху миниатюризации являются одной из важных характеристик, так как уменьшение размеров элементов на схеме позволит напрямую уменьшить габаритные размеры корпуса самого изделия.
Керамика является более дешевым материалом по сравнению с кварцем, поэтому применение керамических резонаторов в схеме позволит удешевить готовое изделие, кроме того, компания Murata, как производитель керамических резонаторов, гарантирует сохранение указанных параметров и интервалов рабочих температур.
На рис. 1 показано обозначение керамического резонатора, применяемое на схемах.
Импедансная и фазовая характеристики приведены на рис. 2. Видно, что в диапазоне частот Fr (минимальный импеданс) и Fa (максимальный импеданс) резонатор проявляет свойства индуктивности. Емкостные свойства проявляются в других частотных диапазонах. Частоты Fr и Fa определяются пьезоэлектрическим материалом и физическими параметрами устройства. На частоте резонанса керамический резонатор эквивалентен контуру, изображенному на рис. 4, где величины Le и Re обозначают, соответственно, эквивалентные индуктивность и сопротивление.
Чем меньше величина Re, тем больше добротность Q(m) резонатора.
Эквивалентная схема резонатора — последовательно-параллельная резонансная цепь, состоящая из конденсатора, индуктивности и резистора.
Величины C1, L1, R1 — эквивалентные параметры резонатора. C0 называют статической или шунтирующей емкостью. На частотах, далеких от резонанса, керамический резонатор ведет себя как обычный конденсатор с емкостью C0. Параметры R1, C1, R1 являются динамическими, так как они проявляются только при колебаниях с частотой близкой к частоте собственного резонанса керамической пластины. Производный параметр — резонансный промежуток
D F, характеризующий способность резонатора к перестройке по частоте. Определяется следующей формулой:
где
D F — резонансный промежуток, С1 — динамическая емкость, С0 — статическая емкость.
Чем больше резонансный промежуток, тем шире пределы возможной перестройки частоты резонатора.
Керамические резонаторы характеризуются следующими параметрами:
- Номинальная частота — частота резонанса, указанная в документации на резонатор.
- Точность настройки показывает максимально допустимое отклонение частоты резонатора от номинальной, измеренной при Т = 25 °С.
- Температурная стабильность показывает допустимое изменение частоты в определенном диапазоне температур.
- Интервал рабочих температур — стандартный интервал температур, для которого максимальное отклонение частоты от номинала гарантировано производителем.
- Долговременная стабильность — максимально допустимое изменение частоты резонатора за период времени, вызванное процессами старения.
Из-за механического резонанса в керамических резонаторах, наряду с основной частотой могут генерироваться паразитные гармоники, более высокочастотные. Примеры побочных колебаний и высших гармоник керамических резонаторов CSBLA455KC8-B0 и CSTLS4M00G53-B0 показаны на рисунках 5 и 6.
Сравнительные характеристики керамических и кварцевых резонаторов приведены в таблице 3.
| Резонатор | Генерируемая частота | L1 (мкГн) | C1 (пф) | С0 (пф) | R1 (ом) | Qm | D F (кГц) |
| Ceralock® | 455 кГц | 7,68×10 3 | 16,7 | 273 | 10 | 2140 | 13 |
| 2,0 мГц | 171×10 3 | 4,0 | 21 | 44 | 475 | 177 | |
| 4,0 мГц | 0,46×10 3 | 3,8 | 20 | 9,0 | 1220 | 350 | |
| 8,0 мГц | 0,13×10 3 | 3,5 | 20 | 8,0 | 775 | 642 | |
| Кристалл кварца | 453,5 кГц | 8,6×10 3 | 0,015 | 5 | 1060 | 23000 | 0.6 |
| 2,457 мГц | 7,2×10 3 | 0,005 | 3 | 37,0 | 300000 | 3 | |
| 4,0 мГц | 2,1×10 3 | 0,007 | 2,5 | 22 | 241000 | 6 | |
| 8 мГц | 1,4×10 3 | 0,027 | 5,5 | 8,0 | 88700 | 20 |
Одной из важнейших характеристик, отличающих керамические резонаторы от кварцевых, является меньшее время нарастания сигнала.
Время нарастания определяется в точке перехода колебаний из переходного в установившееся состояние (после того, как на ИМС подается питание). По методике Ceralock время нарастания определяется как время, необходимое для достижения 90% уровня генерации при установившемся режиме. Начальное напряжение — минимальное напряжение, при котором резонатор будет работать. На значение минимального напряжения влияет вся схема, но главным образом — характеристики ИМС. На рис. 7 показаны графики, отражающие переходные процессы в кварцевом и керамическом резонаторах.
Типовые схемы включения керамических резонаторов представлены на рис. 8 и 9.
Основные серии керамических резонаторов и их особенности
Фирмой Murata выпускается большое количество серий керамических резонаторов, предназначенных для работы как в мегагерцовой, так и килогерцовой части частотного диапазона. Характеристики некоторых из них представлены в таблице 4.
| Серия резонатора | Диапазон частот | Отклонение частоты от номинала (%) | Температурная стабильность (%) | Диапазон рабочих температур (°С) | Долговременная нестабильность | Примечание |
| CSTCC_G | 2,0…3,9 мГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –20…+80 | +/–0,3 | SMD-тип, трехтерминальная |
| CSTCR_G_A | 4,0…7,99 мГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –40…+125 | +/–0,1 | SMD-тип, трехтерминальная |
| CSTCE_G | 8,0…12,50 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –20…+80 | +/–0,1 | SMD-тип, двухтерминальная |
| CSTCE_G_A | 8,0…12,50 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –40…+125 | +/–0,1 | SMD-тип, двухтерминальная |
| CSTCV_X_Q | 14,7…70,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –40…+125 | +/–0,1 | SMD-тип, двухтерминальная |
| CSTCG_V | 20,0…33,86 мГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –20…+80 | +/–0,3 | SMD-тип, трехтерминальная |
| CSACV_X_Q | 14,70…70,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,3 | –40…+125 | +/–0,1 | SMD-тип, трехтерминальная |
| CSACW_X_51 | 25,00…70,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –20…+ 80 | +/–0,1 | SMD-тип, двухтерминальная |
| CSTLS_G | 3,40…10,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –20…+80 | +/–0,2 | Выводной тип, трехтерминальная |
| CSTLS_X | 16,00…70,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –20…+80 | +/–0,2 | Выводной тип, трехтерминальная |
| CSALS_X | 16,00…70,00 мГц | +/–0,5 | +/–0,2 | –20…+80 | +/–0,2 | Выводной тип, двухтерминальная |
| CSBFB_J | 430…519 кГц |
Серии CSTCC/E/G/R/W. Резонаторы этой серии трехвыводные, имеют малые размеры корпуса и низкий профиль. Предназначены для поверхностного монтажа. Кроме того, серия имеет встроенный внутри корпуса нагрузочный конденсатор, что позволяет уменьшить количество деталей на схеме. При установке резонатора не требуется никаких дополнительных регулировок.
Основные сферы применения: использование в схемах задающих генераторов различных устройств, таких, как видеокамеры, DVD-проигрыватели, CD-ROM, HDD, автомобильная электроника.
Серия CSACV/W. Особенностью серии является наличие широкого частотного диапазона и малые размеры корпуса. При установке не требуется никаких дополнительных регулировок. Сферы применения: тактовые генераторы микропроцессоров, автомобильная электроника. При монтаже необходимо уменьшить избыточное напряжение на корпус элемента.
Серия CSTLS. Трехвыводная, имеет радиальное расположение выводов. Внутри резонатора размещен нагрузочный конденсатор, поэтому не требуется размещения дополнительных элементов на схеме. Серия имеет малый допуск по температурной стабильности в широком диапазоне.
Серия CSALS. Выводная, имеет высокую температурную стабильность, малые размеры корпуса и вес. Резонаторы этой серии устойчивы к вибрационным нагрузкам. Применяются в тактовых генераторах микропроцессоров, мультивибраторах и генераторах гармонических колебаний.
Серия CSBFB. Предназначена для работы в килогерцовой части ВЧ-диапазона. Серия допускает кратковременный перегрев корпуса во время пайки, предназначена для автоматического монтажа, не требует никаких регулировок частоты. Применяется в схемах тактовых генераторов.
Серия CSBLA. Особенности серии: работает в широком температурном интервале. Резонаторы миниатюрны и имеют малый вес, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки. Сферы использования: системы дистанционного управления, генераторы частот, тактовые генераторы.
Температурный профиль
При монтаже керамических резонаторов необходимо соблюдать тепловой профиль элементов, предписываемый производителем при пайке электронных компонентов, нарушение которого может повлечь за собой необратимые изменения структуры материала или значительно ухудшить его пьезоэлектрические свойства. Рекомендуемый температурный профиль для керамических резонаторов Murata приведен на рис. 10.
Основные тенденции в развитии направления производства керамических резонаторов
Резонаторы Ceralock широко используются в производстве различной радиоэлектронной аппаратуры. Однако, несмотря на это, инженеры компании Murata продолжают совершенствовать и развивать их по следующим направлениям:
- Уменьшение размеров. Для удовлетворения потребностей рынка Murata разрабатывает новые керамические материалы с использованием других вибрационных режимов, позволяющих получить не только новыерабочие частоты, но и значительно уменьшить габаритные размеры изделия.
- Уменьшение допусков по частоте. Резонаторы используются в таких сферах, как офисное оборудование и автомобильная промышленность, где обычно не требуется значение малого допуска по частоте. При разработке и производстве керамических резонаторов инженеры компании Murata приближаются к базовому допуску +/–0,1%.
- Пайка без свинца. В мире постоянно растет обеспокоенность состоянием окружающей среды. Из-за этого в электрической и электронной промышленности происходит переход к пайке без свинца. Не содержащиесвинца припои и проводящие пасты — многообещающая замена традиционным припоям, однако они требуют более высоких температур. При их использовании компоненты должны иметь повышенное сопротивление нагреву при пайке, а внешние выводы должны иметь большую электропроводность. Murata уже выпускает множество изделий, удовлетворяющих этим требованиям, и многие будут внедрены в ближайшее время.
При рассмотрении керамических резонаторов Murata видно, что компанией выпускается довольно широкий ассортимент, способный удовлетворить любые требования разработчиков радиоэлектронной аппаратуры.Керамические резонаторы являются достойной заменой кварцевым резонаторам, особенно в тех случаях, когда требуется уменьшить стоимость и размеры изделия.
Перестраиваемый генератор с керамическим резонатором.
Кварцевый резонатор – радиодеталь, использующая пьезоэлектрический эффект. Он характеризуется тем, что под механическим воздействием между противоположными сторонами диэлектрика возникает электрическое поле. Эффект может быть обратным. То есть электрический потенциал может вызывать деформацию тела диэлектрика. Идеальным материалом для резонатора служит минерал – кварц.
Набор резонаторов
Разновидности
Кварцевые радиокомпоненты бывают различных видов, в зависимости от предъявляемых к ним требований. КР разделяют по следующим признакам.
Тип корпуса
- Объёмные радиокомпоненты.
- Плоские поверхностные модели.
Материал корпуса
- Металл;
- Стекло;
- Полимер.
Форма прибора
- Диск;
- Цилиндр;
- Прямоугольный параллелограмм.
Количество резонансных систем
- Одиночная.
- Двойная.
Защита корпуса
- Герметичная;
- Проницаемая;
- Вакуумная.
Назначение
- Фильтрация.
- Генерация.
Свойства кварцевого резонатора
Генератор на транзисторе
Во многих приборах резонансный радиокомпонент является незаменимым элементом. К положительным свойствам КР относятся:
- Хорошая добротность превышает этот показатель аналогичных устройств. Добротность характеризует ширину резонанса, определяющую, во сколько раз запас энергии больше её потери за время изменения фазы на 1 радиан. Кварц достигает значений добротности в 104-106 раз больше, чем эквивалентный колебательный контур.
- Невосприимчивость к перепадам температуры окружающей среды;
- Каскадные фильтры на кварцевых радиодеталях позволяют обходиться без ручной настройки;
- Большой срок службы;
- Простота устройства прибора делает КР доступной деталью на радиорынке.
Кварцевые и керамические резонаторы
Если вам нужна действительно высокая точность и стабильность без дополнительных затрат на микросхему генератора на основе кварцевого резонатора, выбирайте вариант с одиночным кварцевым резонатором. На рынке широко доступны компоненты с допуском менее 20 миллионных долей (т.е. 0,002%). Схема генератора, показанная выше, частично интегрирована в микроконтроллеры, которые поддерживают конфигурацию с отдельным кварцем; вам нужно будет только обеспечить правильные нагрузочные конденсаторы. Общая емкость нагрузки (Cнагр.общ.) указывается в техническом описании на кварцевый резонатор, а нагрузочные конденсаторы выбираются следующим образом:
где Cпар. представляет любую паразитную емкость. Этот расчет на практике довольно прост: выберите разумное значение для Cпар. (скажем, 5 пФ), вычтите его из Cнагр.общ., и затем умножьте результат на два. Таким образом, если техническое описание указывает нагрузочную емкость 18 пФ, мы имеем
\[C_ <нагр.1>= C_ <нагр.2>= (18пФ — 5пФ) \cdot 2 = 26 пФ\]
Керамические резонаторы менее точны, чем кварцевые; допуски обычно составляют от 1000 до 5000 милилонных долей. Они могут сэкономить вам несколько центов, если вам не нужна точность кварца. Но, на мой взгляд, главное преимущество заключается в том, что вы можете получить керамические резонаторы со встроенными нагрузочными конденсаторами.
Принцип работы кварцевого резонатора
Работа устройства основана на пьезоэффекте минеральной пластинки. Её вырезают из массива минерала под определённым углом. Параметр уклона обеспечивает необходимые электрохимические характеристики радиокомпонента.
Пластинку покрывают с обеих сторон драгоценным металлом (в основном серебром). К покрытию минерала припаивают выводные электродные ножки. Конструкцию заключают в герметичный корпус прибора. Прибор представляет собой колебательный контур, который имеет собственную резонансную частоту.
Устройство резонатора
Важно! Переменное напряжение, сообщаемое электродам, заставляет кристалл деформироваться (изгибаться, сжиматься или сдвигаться). Одновременно с этим на его поверхности появляется ЭДС. Когда частота тока совпадает с частотой колебаний кварца, возникает эффект резонанса. В результате увеличивается амплитуда колебаний элемента, и сильно падает величина сопротивления радиодетали.
Обозначение кварцевого резонатора на электросхеме
Схематичное изображение КР похоже на обозначение конденсатора, только между вертикальными линиями помещают прямоугольник. Эта фигура символизирует кварцевую пластинку. Обозначать прибор принято буквами «QX».
Обозначение на схеме кварцевого резонатора
Маркировка рабочей частоты нанесена на корпусе резонатора. Например, 12000 означает, что прибор работает в диапазоне 12 тыс. МГц.
КВАРЦЕВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ GEYER ELECTRONIC
Для правильного выбора кварцевого резонатора необходимо знать основные важные параметры его эквивалентной схемы, которая вместе с основными формулами показана на рисунке 1.
Рис. 1. Эквивалентная схема кварцевого резонатора и основные важные для практики формулы, иллюстрирующие взаимосвязь основных параметров
Как видно из схемы на рисунке 1, из-за наличия емкости С1 резонатор имеет частоту последовательного резонанса fS, а благодаря С0 емкости — частоту параллельного резонанса fP. Величины L1 и C1 зависят от механических свойств кварцевой пластины, а сопротивление R1 характеризует затухание механических колебаний. Значение емкости С0 определяется электродами резонатора и емкостью подводящих проводов. Из формул видно, что частота последовательного резонанса зависит только от строго определенных параметров резонатора L1 и С1, а частота параллельного резонанса изменяется от значительно менее определенной величины межэлектродной емкости С0. Важнейшим параметром кварцевого резонатора является добротность Q (ее называют именно «Q» от первой буквы «Quality factor» или фактор (параметр) качества). С точки зрения электрических параметров кварцевый резонатор ведет себя как колебательный контур с высокой добротностью. Стабильность частоты LC-генераторов в большинстве практических случаев недостаточна. С помощью кварцевых резонаторов практически достижимые значения нестабильности частоты Df/f находятся в пределах от 10…6 до 10…10.
Часто возникает необходимость подстраивать частоту кварцевого резонатора в небольших пределах для достижения требуемого значения частоты. Для этого последовательно с кварцевым резонатором включают регулировочную емкость CL, емкость которого велика по сравнению с С1 (см. рисунок 2).
Рис. 2. Иллюстрация влияния емкости CL на резонансные частоты
При последовательном включении емкости CL изменяется только частота последовательного резонанса. При параллельном подключении конденсатора CL меняет свое значение только частота параллельного резонанса (см. верхнюю часть рисунка 1). Кварцевый резонатор всегда является частью схемы генератора. Сам по себе без усилителя в автогенераторном включении кварц мало интересен. Это означает, что на генерируемую частоту влияют не только параметры резонатора, но и входная цепь усилителя. Зная эквивалентную емкость усилителя, которая, по сути дела, и есть емкость CL, можно точно рассчитать частоту на выходе кварцевого генератора. Именно поэтому при выборе кварцевого резонатора необходимо обращать внимание на величину емкости нагрузки CL, указываемую производителем в технической документации. Примеры графиков, показывающих величину влияния нагрузочной емкости CL на диапазон изменения резонансной частоты, приведены в нижней части рисунка 2. Хорошо видно, что чем больше величина CL, тем меньше диапазон изменения частоты вблизи этого значения емкости. Конечно, для более точного расчета необходимо учитывать и значение емкости C0.
Для формирования частот более 35…40 МГц часто используют колебания третьей, пятой, седьмой и более высоких гармоник кварцевых резонаторов. Эта информация обычно отмечается в документации производителя. Для частот, генерируемых на гармониках, отличающихся от основной, соотношение емкостей C0 и C1 зависит от квадрата номера гармоники (см. формулы в нижней части рисунка 1). Обычно генерация на первой гармонике более устойчива и стабильна, чем на неосновных гармониках (чаще всего используется третья гармоника).
В таблице 1 приведены параметры популярных серий кварцевых резонаторов компании Geyer Electronic для монтажа в отверстия, а в таблице 2 — наиболее популярные серии для поверхностного монтажа.
Таблица 1. Кварцевые резонаторы фирмы Geyer Electronic для монтажа в отверстия
| Серия | Диапазон доступных частот1, (MГц) | Диапа- зоны рабочих темпера- тур2, (°С) | Нестабиль- ность частоты при 25°С, (ppm) | CL, (пФ) | R1, (Ом) | C0, (пФ) | Размеры, (мм) |
| KX-26 | 32,768 кГц | -20…70 -40…85 | ±30 | 12,5 | 30 кОм | 1,3 | 2,0×6,2 |
| 77,5 | |||||||
| KX-38 | 32,768 кГц | ±20 | 3,0×8,0 | ||||
| KX-39 | 3,579545…40,0 | ±30 | 16,0 (12…20)3 | 50…150 | 7,0 | 3,0×10,0 | |
| 30,0…70,0 | ±50 | см. Datasheet | |||||
| 40,0…100,0 | 12,0 | 40 | 3,0 | ||||
| KX-49 | 1,84320…30,0 | -20…70 -40…85 -40…105 | ±30 (±5…50)3 | 30,0 (10…30)3 | 60…600 | 7,0 | 11,3/4,9/ 13,6 |
| 20,0…90,0 | см. Datasheet | 30…60 | |||||
| 50,0…150,0 | 40…70 | ||||||
| 110,0…200,0 | 80…120 | ||||||
| KX-3H | 3,20…70,0 | ±30 (±10…50)3 | 16,0 (12…20)3 | 50…150 | 11,35/5,0/ 3,5 |
1 Диапазон доступных частот включает сетку стандартных (наиболее распространенных) значений частот. Большинство кварцев на эти частоты всегда поддерживаются на складе, а в случае отсутствия оперативно поставляются со склада Geyer Electronics. Кварцевые резонаторы на уникальные частоты, не входящие в сетку стандартных, также доступны, но имеют больший срок поставки. 2 Кварцевые резонаторы Geyer Electronics выпускаются на диапазоны температур, соответствующие коммерческому, индустриальному или автомобильному (не все серии) применениям. При заказе кварцевого резонатора это учитывается добавлением соответствующих букв после названия серии. Например, для диапазона -20…70°С к названию серии ничего не добавляется, для диапазона -40…85°С добавляется «Т», а для -40…105 добавляется «Е». Пример: KX-49, KX-49T, KX-49E соответственно. Кварцевые резонаторы Geyer Electronics выпускаются на диапазоны температур, соответствующие коммерческому, индустриальному или автомобильному (не все серии) применениям. При заказе кварцевого резонатора это учитывается добавлением соответствующих букв после названия серии. Например, для диапазона -20…70°С к названию серии ничего не добавляется, для диапазона -40…85°С добавляется «Т», а для -40…105 добавляется «Е». Пример: KX-49, KX-49T, KX-49E соответственно. 3 В таблице указаны стандартные величины нагрузочной емкости кварцевого резонатора. В скобках указаны значения емкости, доступные по запросу.
Таблица 2. Кварцевые резонаторы фирмы Geyer Electronic для поверхностного монтажа
| Серия | Диапазон доступных частот1, (MГц) | Диапа- зоны рабочих темпера- тур2, (°С) | Неста- биль- ность частоты при 25°С, (ppm) | CL, пФ | R1, (Ом) | C0, (пФ) | Размеры, (мм) |
| KX-327S | 32,768 кГц | -20…70 (-40…85) | ±30 | 12,5 | 50 | 2,0 | 8,7/3,8/ 2,5 |
| KX-327L | ±20 | 12,5 | 65 | 0,8 | 7,0/1,5/ 1,4 | ||
| KX-327NT | -40…85 | ±30 (±20) | 12,5 (7…9)3 | 50 | 2,0 | 3,2/1,2/ 0,95 | |
| KX-327XS | -20…70 (-40…85) | 12,5 (6…12,5)3 | 65 | 2,0 | 4,95/1,82/ 0,96 | ||
| KX-K | 3,5…70,0 | -20…70 (-40…85) | ±30 | 16 (12…30)3 | 50…150 | 7,0 | 12,3/4,5/ 5,0 |
| KX-KS | 12,3/4,5/ 3,2 | ||||||
| KX-MC | 3,5…60,0 | -20…70 -40…85 -40…105 | ±50 | 16 (12…20)3 | 13,0/4,7/ 4,1 | ||
| KX-CPB | 3,5…70,0 | -20…70 (-40…85) | 50…120 | 13,0/4,73/ 4,3 | |||
| KX-CPBS | 13,0/4,73/ 3,8 | ||||||
| KX-20 | 3,579545… 25,0 | -20…70 -40…85 -40…105 | 50…150 | 11,6/5,5/ 1,6 | |||
| KX-13 | 6,0…160,0 | ±30 | 30…120 | 7,0/5,0/ 1,3 | |||
| KX-12A | 8,0…150 | ±50 | 16 (10…20)3 | 40…100 | 5,0 | 6,0/3,5/ 1,1 | |
| KX-12B | 8,0…50,0 | ±30 | 40…80 | 7,0 | 6,5/3,5/ 1,2 | ||
| KX-9A | 8,0…300,0 | ±30 (±10…±50)3 | 30…100 | 5,0 | 5,0/3,2/ 0,85 | ||
| KX-9B | 8,0…50,0 | ±30 | 10…20 | 40…100 | 5,0/3,2/ 1,0 | ||
| KX-8 | 12,0…60,0 | ±30 (±10…±50)3 | 16 (10…20)3 | 50…80 | 4,0/2,5/ 0,8 | ||
| KX-7 | 12,0…60,0 | 16 (7…20)3 | 50…100 | 3,2/2,5/ 0,7 | |||
| KX-6 | 16,0…80,0 | 10 (8…16)3 | 50…120 | 2,5/2,0/ 0,55 | |||
| KX-5 | 20,0…80,0 | -20…70 (-40…85) | 8 (8…16)3 | 80…100 | 2,0/1,6/ 0,55 |
1, 2, 3 — см. сноски для таблицы 1.
Эквивалентная электрическая схема
Основным элементом КР является кристалл кварца, который воспроизводит электромеханические колебания. Электронный элемент можно заменить эквивалентной электрической схемой – колебательным контуром с аналогичными параметрами.
Сопротивление эквивалента равно сопротивлению пьезоэлектрического прибора с близкими к резонансу частотами. Последовательно соединённые в одну схему динамические элементы (катушка индуктивности Lk, ёмкость Cx, сопротивление Rk) выстроены совместно с параллельно соединёнными ёмкостями кварца Co и его держателя C1. Эквивалентная электрическая схема имеет численное значение механических колебаний, соответствующее этому параметру у КР.
Эквивалентная схема и график зависимости сопротивления эквивалента от частоты кварцевого резонатора
Электрические параметры
Эквивалентная схема кварцевого резонатора – представляет собой электрическое описание кварцевого резонатора, работающего на резонансной частоте. Эквивалентная схема кварцевого резонатора представлена на рисунке 1. С0 – шунтирующая емкость. R1, L1 и С1 – соответственно динамическое сопротивление, динамическая индуктивность и динамическая емкость. Динамические параметры представляют собой соответствующие эквиваленты резонатора как электромеханической системы и определяются, в основном, характеристиками среза кварцевого элемента.
Будет интересно➡ Что такое геркон и как применяется в быту?
Шунтирующая емкость C0 – Емкость между выводами кристалла. Измеряется в пикофарадах. Шунтирующая емкость складывается из паразитной емкости кварца, емкости области электродов кристалла и емкости, вносимой кристаллодержателем. Шунтирующая емкость имеет значение порядка единиц пФ. Динамическое сопротивление R1 – Параметр, характеризующий энергетические потери в колебательном контуре. Динамическое сопротивление R1 кварцевых резонаторов изменяется в интервале от нескольких Ом до сотен кОм в зависимости от частоты резонанса, номера гармоники и ряда конструктивных факторов.
Набор кварцевых резонаторов.
Как проверить кварцевый резонатор
Резонатор – довольно хрупкий прибор. При резком динамическом воздействии на корпус радиоэлектронного устройства КР может выйти из строя. Это скажется на работе всего аппарата. В этой ситуации мастер должен проверить работу кварцевого резонатора. Делают проверку с помощью тестера, схема которого состоит из транзистора КТ3102, пяти конденсаторов и двух резисторов. Собрать такой тестер даже для рядового радиолюбителя не составит особых трудностей. Как это сделать, видно на рисунке.
Сборка тестера
Выводы резонатора подключают между отрицательным выходом и базой транзистора через защитный конденсатор. По частотомеру определяют величину резонанса. Дополнительно соединяют его вход и выход через конденсатор (частомер). Всю схему запитывают постоянным током напряжением 9 вольт. Если прибор исправен, то на эмиттере транзистора возникает переменное напряжение. При этом частоты тока и прибора совпадают.
Резонатор считают неисправным, если частомер не выдаёт никаких показаний, либо показания отличаются от номинальной характеристики. Повреждённую деталь заменяют новым прибором.
При настройке контуров присутствие ёмкости С1 в тестере обязательно. При проверке КР в схеме контроллера можно обойтись без этой детали.
Обратите внимание! Указанный тестер работает в диапазоне частот 15-20 МГц. Для других частотных интервалов собирают устройства на микросхемах.
Кварцевые резонаторы SMD 5032
Применение
С развитием радиоэлектроники КР нашли своё применение в таких приборах, как:
- кварцевые часы работают на основе эффекта кварцевого резонанса, что позволяет им функционировать с максимальной точностью;
- различные измерительные устройства, оснащённые кварцевыми резонаторами, являются высокоточными приборами;
- морские эхолоты, благодаря кварцевым резонаторам, определяют местонахождение различных объектов на большой глубине под водой (рельеф дна, отмели и разные крупные и мелкие предметы);
- опорные генераторы;
- радиостанции;
- полосовые фильтры радиоприёмников.
Преимущества
Кварцевые резонаторы обладают непревзойдённой точностью метрологических параметров. Высокая эффективность работы вызвала повсеместную замену аналоговых приборов на кварцевые устройства.
Дополнительная информация. Появление нового материала такого, как графен, может в будущем совершенно изменить конструкцию резонатора.
Недостатки
К недостаткам прибора можно отнести тонкость кварцевой пластины, что создаёт риск её повреждения.
Возможные причины выхода из строя
Слабой стороной КР считается непереносимость перегрева. В случае нагрева платы резонатор теряет свои качества и может разрушиться. Учитывая хрупкое крепление кристалла, резонатор нужно уберегать от случайных ударов. В результате резкого толчка кварцевая пластинка может потерять устойчивость и выпасть из рамки.
Область применения кварцевых резонаторов постоянно расширяется. Возможность изготовления радиокомпонентов миниатюрных размеров позволяет использовать их в устройствах небольших габаритов. Широкий ассортимент КР, представленный на радиорынке, даёт возможность подобрать нужную модель устройства по доступной цене.
Керамический Резонатор
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
- Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу
Сообщения
,50/60 Гц (12 А) Потребляемая мощность при 2 Ом:350 Вт!! 300 Ватт там Максимум!