מהודי קוורץ: מטרה, יישום, עקרון הפעולה, מאפייני השימוש

למה מיועדים מהודים קוורץ?

אלקטרוניקה דיגיטלית מודרנית, עם מיקרו-מעבדים ומיקרו-בקרים, פשוט בלתי מתקבלת על הדעת ללא תנודות שעון. והיכן שמתקבלות התנודות של השעון, יש את פעולת הגנרטור והמערכת המתנודדת, ואיפה נמצאת המערכת המתנודדת, בהכרח יופיעו גם תופעת התהודה וגם פרמטר חשוב כל כך כמו גורם האיכות. כאן אנו מתוודעים לתהודי קוורץ (מתנדים).

מהוד הקוורץ (קוורץ) הוא מחולל של תנודות אלקטרומגנטיות בדרגה גבוהה של קביעות תדר, המשתמש בתכונות הפיזואלקטריות והמכניות של לוח הקוורץ.

על פי עקרון הפעולה, מהוד קוורץ הוא מתנד עם ייצוב תדר קוורץ. גנרטורים כאלה משמשים כגנרטור מאסטר יציב ביותר בציוד מדידה, תקני תדר וזמן, שעוני קוורץ וכן בציוד אלקטרוני שונים.

החיסרון של מהודי קוורץ הוא שהם יכולים ליצור רק בתדרים קבועים שנקבעים על פי תדר התהודה של הקוורץ, ולמעשה אינו מאפשר כוונון תדרים.

כל מעגלי תהודה קוורץ מחולקים לשתי קבוצות גדולות בהתאם לתהודה קוורץ (מקביל או סדרה) המשמשת בהם. הנפוצים ביותר הם מעגלי תהודה קוורץ, שבהם הקוורץ פועל קרוב לתדר התהודה המקבילית שלו.

אז, מהוד קוורץ במעגל אלקטרוני הוא חלופה ללא תחרות לכל מעגל מתנודדמורכב מקבל ומשרן. הפלט הוא פקטור ה-Q הגבוה ביותר של מהודים קוורץ. בעוד שמעגל LC טוב מגיע ל-Q-factor של 300, ה-Q-factor של מהוד קוורץ יכול להגיע עד 10,000,000. כפי שניתן לראות, העליונות היא עשרות אלפי מונים. לפיכך, לא ניתן להשוות מעגל נדנוד לתהודה קוורץ במונחים של Q-factor.

מיותר לציין על השפעת הטמפרטורה על תדר התהודה. תדר התהודה של אותו מעגל נדנוד תלוי מאוד ב-TKE (מקדם הטמפרטורה של הקיבול) של הקבל הנכנס אליו. לקוורץ, לעומת זאת, יש יציבות טמפרטורה גבוהה מאוד, מסיבה זו מהודי קוורץ מחזיקים היטב את מיקומם כמקורות תנודה למחוללי תדר שעון למטרות שונות.

איך עובד מהוד קוורץ

כדי להבין איך עובד ועובד מהוד קוורץ, מספיק לזכור מה זה אפקט פיזואלקטרי... תארו לעצמכם לוח של קוורץ בטמפרטורה נמוכה (סיליקון דו חמצני) חתוך מקריסטל בצורה מסוימת.הזווית שבה נחתך רקיק מהגביש קובעת את התכונות האלקטרו-מכאניות של המהוד המיוצר. אל צלחת זו מחוברים כעת אלקטרודות משני הצדדים על ידי הנחת שכבות של ניקל, פלטינה, זהב או כסף, וחוטים מוצקים מחוברים אליהן. המבנה כולו ממוקם בתוך בית קטן אטום.

כך, התקבלה מערכת תנודות אלקטרו-מכאנית, שיש לה (בשל המאפיינים הטבעיים של קוורץ בטמפרטורה נמוכה) אפקט פיזואלקטרי ובעלת תדר תהודה משלה.

אם כעת מופעל על האלקטרודות מתח חילופין, שתדירותם קרובה לתדר התהודה של המערכת המתנודדת המתקבלת, אזי הלוח יתחיל להתכווץ מכנית ולהתרחב עם משרעת מקסימלית, ובשל האפקט הפיאזואלקטרי, ככל שיהיה קרוב יותר. התדר של המתח המופעל הוא לתהודה, ככל שההתנגדות של המהוד תהיה נמוכה יותר. זוהי האנלוגיה של מהוד קוורץ עם מעגל מתנד בתדר גבוה. התוצאה היא למעשה אנלוגית למעגל LC סדרתי.

מאפיינים של מהוד קוורץ

מהוד קוורץ יכול להיות מיוצג בצורה של מעגל שווה ערך, שבו C0 הוא הקיבול החשמלי ההרכבה שנוצר על ידי מחזיקי כבלי המתכת והאלקטרודות. C1, L ו-R הם הקיבול, השראות וההתנגדות הפעילה של הצלחת ישירות עם אלקטרודות, כאנלוגי של מעגל נדנוד אמיתי המתקבל עקב התכונות האלקטרו-מכאניות של הצלחת.

אם נוציא מהמעגל את קיבול ההרכבה C0, אז נקבל במפורש מעגל נדנוד סדרתי.באשר לייעוד המהוד בתרשים, הוא נראה כמו קבל עם מלבן המסמל גביש קוורץ בין הלוחות.

בתהליך ההרכבה והפירוק של מהודים קוורץ על לוחות על ידי הלחמה, יש לזכור כי התחממות יתר של קוורץ מעל 573 מעלות צלזיוס טומנת בחובה אובדן של התכונות הפיאזואלקטריות של הגביש.