מהוד קוורץ - מבנה, עיקרון הפעולה, כיצד לבדוק

טכנולוגיה דיגיטלית מודרנית דורשת דיוק גבוה, ולכן אין זה מפתיע שכמעט כל מכשיר דיגיטלי, שלא היה משיג את תשומת ליבו של האדם הממוצע כיום, מכיל מהוד קוורץ בתוכו.

מהוד קוורץ לתדרים שונים נחוצים כמקורות אמינים ויציבים לתנודות הרמוניות, כך שבקר המיקרו הדיגיטלי יכול לסמוך על תדר ההתייחסות ולפעול איתו בעתיד, במהלך פעולת המכשיר הדיגיטלי. לפיכך, מהוד קוורץ הוא תחליף אמין למעגל LC מתנד.

אם ניקח בחשבון מעגל מתנד פשוט, המורכב מ קבלים ו משרן, אז מתברר מהר כי גורם האיכות של מעגל כזה במעגל לא יעלה על 300, בנוסף, הקיבול של הקבל יצוף בהתאם לטמפרטורת הסביבה, אותו הדבר יקרה עם השראות.

לא בכדי יש קבלים וסלילים פרמטרים כמו TKE - מקדם הטמפרטורה של קיבול ו- TKI - מקדם השראות טמפרטורה, המראים כיצד הפרמטרים העיקריים של רכיבים אלה משתנים עם הטמפרטורה שלהם.

בניגוד למעגלים מתנדים, לתהודים מבוססי קוורץ יש גורם Q שאינו ניתן להשגה עבור מעגלי תנודה, אותם ניתן למדוד בערכים של 10,000 עד 10,000,000, ויציבות הטמפרטורה של מהודים קוורץ אינה באה בחשבון, מכיוון שהתדר נשאר קבוע בכל טמפרטורה, בדרך כלל מהטווח שבין - 40 מעלות צלזיוס עד 70 מעלות צלזיוס.

לכן, בגלל יציבות הטמפרטורה הגבוהה וגורם האיכות, מהודים קוורץ משמשים בכל מקום בהנדסת רדיו ואלקטרוניקה דיגיטלית.

למשימה בקר או מעבד תדר שעון, הוא תמיד זקוק לגנרטור שעון שעליו היה יכול לסמוך באופן אמין, וגנרטור זה תמיד זקוק לתדר גבוה ודיוק גבוה. כאן מציל התהודה קוורץ. כמובן שביישומים מסוימים ניתן להיפטר מהודים פיזואלקטריים עם גורם איכותי של 1000, ומהודים כאלה מספיקים לצעצועים אלקטרוניים ולרדיו ביתי, אך דרוש קוורץ למכשירים מדויקים יותר.

הבסיס של מהוד קוורץ הוא אפקט פיוזואלקטריהנובעת על צלחת קוורץ. קוורץ הוא שינוי פולימורפי של דו-תחמוצת הסיליקון SiO2, ונמצא בטבע בצורה של גבישים וחלוקים. צורה חופשית בקרום הקוורץ של כדור הארץ היא כ 12%, בנוסף, הקוורץ מכיל גם בתערובות של מינרלים אחרים, ובאופן כללי יותר מ 60% קוורץ בקרום כדור הארץ (שבר המוני).

ליצירת תהודה, קוורץ בטמפרטורה נמוכה עם תכונות פיוזואליות בולטות מתאים. מבחינה כימית קוורץ יציב מאוד, ואפשר להמיס אותו רק בחומצה הידרופלואיד. קוורץ עדיף בקשיחות לאופל, אך אינו מגיע ליהלום.

בייצור צלחת קוורץ נחתך חתיכה מקריסטל קוורץ בזווית מוגדרת בהחלט. בהתאם לזווית החיתוך, לוח הקוורץ המתקבל יהיה שונה בתכונות האלקטרומכניות שלו.

הרבה תלוי בסוג החיתוך: תדר, יציבות טמפרטורה, יציבות תהודה והיעדר או נוכחות של תדרי תהודה מזויפים. לאחר מכן, מוחלת שכבה של מתכת על הצלחת משני הצדדים, העשויה להיות ניקל, פלטינה, כסף או זהב, לאחר מכן לוחית קבועה עם חוטים קשים לבסיס מארז התה קוורץ. השלב האחרון - התיק מורכב הרמטית.

כך מתקבלת מערכת תנודה עם תדר תהודה משלה, ולתהודה קוורץ המתקבלת בדרך זו יש תדר תהודה משלה הנקבעת על ידי פרמטרים אלקטרומכניים.

כעת, אם יופעל מתח לסירוגין בתדר תהודה נתון על אלקטרודות המתכת של הפלסטיק, תופיע תופעת תהודה, והמשרעת של תנודות הרמוניות של הפלטה תגדל משמעותית מאוד. במקרה זה, התנגדות התהודה פוחתת משמעותית, כלומר התהליך דומה למה שקורה במעגל מתנד סדיר. בגלל הגורם האיכותי של "מעגל מתנד" כזה, אובדן האנרגיה במהלך עירורו בתדר התהודה הוא אפסי.

במעגל המקביל: C2 הוא היכולת החשמלית הסטטית של הלוחות עם מחזיקים, L הוא השראות, C1 הוא הקיבול, R הוא ההתנגדות, המשקף את התכונות האלקטרומכניות של לוח הקורץ המותקן. אם תסיר את רכיבי ההרכבה, יישאר מעגל LC עקבי.

במהלך ההתקנה על לוח מעגלים מודפס, לא ניתן להתחמם בתהודה קוורץ יתר על המידה, מכיוון שהתכנון שלה שברירי למדי, וחימום יתר יכול להוביל לעיוות של האלקטרודות והמחזיק, מה שבוודאי ישפיע על פעולת התהודה במכשיר המוגמר. אם קוורץ מחומם לחום של 5730 מעלות צלזיוס הוא יאבד לחלוטין את תכונותיו הפיאוזואלקטריות, אך למרבה המזל אי אפשר לחמם אלמנט עם מגהץ לטמפרטורה שכזו.

ייעודו של מהוד קוורץ בתרשים דומה לייעודו של קבל עם מלבן בין הלוחות (לוחית קוורץ), ועם הכיתוב "ZQ" או "Z".

לעיתים קרובות הגורם לנזק לתהודה קוורץ הוא נפילה או השפעה חזקה של המכשיר בו הוא מותקן, ואז יש צורך להחליף את התהודה במכשיר חדש באותו תדר תהודה. נזק כזה טמון במכשירים בגודל קטן שקל להוריד. עם זאת, על פי הסטטיסטיקה, נזק כזה לתהודי קוורץ הוא נדיר ביותר, ולעיתים קרובות יותר תקלה במכשיר נגרמת מסיבה אחרת.

כדי לבדוק את התהודה קוורץ כשירות, ניתן להרכיב בדיקה קטנה שתעזור לא רק לאמת את יכולת הפעולה של התהודה, אלא גם לראות את תדירות התהודה שלו. מעגל הגשש הוא מעגל מתנד גבישי טיפוסי באמצעות טרנזיסטור יחיד.

על ידי הדלקת התה בין הבסיס למינוס (אפשר דרך קבל מגן במקרה של קצר חשמלי בתהודה), נותר למדוד את תדר התהודה במד תדר. מעגל זה מתאים גם להגדרה מראש של מעגלי התנודה.

כאשר מופעל המעגל, מהוד בריא יתרום לייצור תנודות, וניתן לראות מתח לסירוגין בפולט הטרנזיסטור, שתדרו יתאים לתדר התהודה הבסיסי של מהוד הקוורץ שנבדק.

על ידי חיבור מד תדר לפלט הגשושית, המשתמש יוכל לצפות בתדר התהודה הזה. אם התדר יציב, אם חימום קל של התהודה עם ברזל מוגבה אינו מוביל להיסחפות חזקה של התדר, אז התהודה במצב טוב. אם אין דור, או שהתדר יצוף, או יתברר שהוא שונה לחלוטין מכפי שצריך להיות עבור הרכיב שנבדק, אז התהודה לקויה ויש להחליפו.

בדיקה זו נוחה גם להגדרה מראש של מעגלי התנודה, במקרה זה הקבל C1 נדרש, אם כי ניתן יהיה להחריג אותו מהמעגל בעת בדיקת המהודים. המעגל פשוט מחובר במקום המהוד והמעגל מתחיל לייצר תנודות בצורה דומה.

המדגם שהורכב על פי המעגל הנתון עובד נפלא בתדרים של 15 עד 20 מגהרץ. עבור טווחים אחרים, אתה תמיד יכול לחפש מעגלים באינטרנט, מכיוון שישנם רבים מהם, גם על רכיבים נפרדים וגם על מעגל מיקרו.

Comments

[#1 ואדים]

לגיל הגן הצעיר יותר.