Un resonador de cuarzo es un dispositivo electrónico construido sobre el efecto piezoeléctrico, así como resonancia mecánica. Es utilizado por las emisoras de radio, donde establece la frecuencia portadora, en horas y temporizadores, fijando en ellas un intervalo de 1 segundo.
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¿Qué es y por qué es necesario?
El dispositivo es una fuente que proporciona oscilaciones armónicas de alta precisión. Tiene, en comparación con los análogos, mayor eficiencia de trabajo, parámetros estables.
Las primeras muestras de dispositivos modernos aparecieron en las estaciones de radio en 1920-1930. como elementos de funcionamiento estable, capaces de fijar la frecuencia portadora. Están:
- reemplazaron a los resonadores de cristal de sal de Rochelle, que aparecieron en 1917 como resultado de la invención de Alexander M. Nicholson y se caracterizaron por su inestabilidad;
- reemplazaron el circuito utilizado anteriormente con una bobina y un condensador, que no diferían en un factor de alta calidad (hasta 300) y dependían de los cambios de temperatura.
Un poco más tarde, los resonadores de cuarzo se convirtieron en parte integral de los temporizadores y relojes. Componentes electrónicos con una frecuencia de resonancia natural de 32768 Hz, que en un contador binario de 15 bits establece un intervalo de tiempo de 1 segundo.
Los dispositivos se utilizan hoy en día en:
- relojes de cuarzo, brindándoles la precisión de trabajo, independientemente de la temperatura ambiente;
- instrumentos de medición, garantizándoles una alta precisión de los indicadores;
- ecosondas marinas, que se utilizan en la investigación y creación de mapas de fondo, fijación de arrecifes, aguas poco profundas, búsqueda de objetos en el agua;
- circuitos correspondientes a osciladores de referencia que sintetizan frecuencias;
- esquemas utilizados para la indicación de onda de SSB o señal telegráfica;
- estaciones de radio con una señal DSB con una frecuencia intermedia;
- filtros de paso de banda receptores de tipo superheterodino, que son más estables y de buena calidad que los filtros LC.
Los dispositivos se fabrican con diferentes carcasas. Se dividen en salida, que se utiliza en el montaje a granel, y SMD, que se utiliza en el montaje en superficie.
Su funcionamiento depende de la fiabilidad del circuito de conmutación, que afecta:
- desviación de frecuencia del valor requerido, estabilidad de parámetros;
- tasa de envejecimiento del dispositivo;
- capacidad de carga.
Propiedades de un resonador de cuarzo.
Supera a los análogos existentes anteriormente, lo que hace que el dispositivo sea indispensable en muchos circuitos electrónicos y explica el alcance del dispositivo.Esto lo confirma el hecho de que en la primera década desde la invención en los Estados Unidos (sin contar otros países) se han producido más de 100 mil piezas de dispositivos.
Entre las propiedades positivas de los resonadores de cuarzo, que explican la popularidad y la demanda de dispositivos:
- buen factor de calidad, cuyos valores, 104-106, superan los parámetros de los análogos utilizados anteriormente (tienen un factor de calidad de 300);
- pequeñas dimensiones, que se pueden medir en fracciones de milímetro;
- resistencia a la temperatura, sus fluctuaciones;
- larga vida útil;
- facilidad de fabricación;
- la capacidad de construir filtros en cascada de alta calidad sin usar configuraciones manuales.
Los resonadores de cuarzo también tienen desventajas:
- los elementos externos le permiten ajustar la frecuencia en un rango estrecho;
- tener una estructura frágil;
- no tolerar el calor excesivo.
El principio de funcionamiento de un resonador de cuarzo.
El dispositivo funciona sobre la base del efecto piezoeléctrico, que se manifiesta en una placa de cuarzo, ya baja temperatura. El elemento se corta de un solo cristal de cuarzo, observando el ángulo especificado. Este último determina los parámetros electroquímicos del resonador.
Las placas están recubiertas por ambos lados con una capa de plata (son adecuados el platino, el níquel y el oro). Luego se fijan firmemente en la carcasa, que se sella. El dispositivo es un sistema oscilatorio que tiene su propia frecuencia de resonancia.
Cuando los electrodos se someten a un voltaje alterno, la placa de cuarzo, que tiene una propiedad piezoeléctrica, se dobla, se contrae, se desplaza (según el tipo de procesamiento del cristal). Al mismo tiempo, aparece en él un contra-EMF, como sucede en un inductor ubicado en un circuito oscilatorio.
Cuando se aplica un voltaje con una frecuencia que coincide con las vibraciones naturales de la placa, se observa resonancia en el dispositivo. Simultaneamente:
- un elemento de cuarzo aumenta la amplitud de las oscilaciones;
- la resistencia del resonador se reduce considerablemente.
La energía que se necesita para mantener las oscilaciones es baja en el caso de frecuencias iguales.
Designación de un resonador de cuarzo en el circuito eléctrico.
El dispositivo se designa de manera similar a un condensador. Diferencia: se coloca un rectángulo entre los segmentos verticales, el símbolo de una placa hecha de cristal de cuarzo. Los lados del rectángulo y la placa del capacitor están separados por un espacio. Cerca del diagrama puede haber una designación de letra del dispositivo: QX.
Cómo probar un resonador de cuarzo
Los problemas con los pequeños electrodomésticos surgen si reciben un fuerte golpe. Esto sucede cuando se caen los dispositivos que contienen resonadores en el diseño. Estos últimos fallan y requieren reemplazo de acuerdo con los mismos parámetros.
Verificar el rendimiento del resonador requiere un probador. Se ensambla de acuerdo con un circuito basado en un transistor KT3102, 5 capacitores y 2 resistencias (el dispositivo es similar a un oscilador de cuarzo ensamblado en un transistor).
El dispositivo debe estar conectado a la base del transistor y el polo negativo en las conexiones conectadas, conexiones, protegiendo mediante la instalación de un condensador protector. La fuente de alimentación del circuito de conmutación es constante: 9V. Además, se conectan a la entrada del transistor, a su salida, a través del condensador, un medidor de frecuencia, que fija los parámetros de frecuencia del resonador.
El esquema se utiliza al configurar el circuito de oscilación.Cuando el resonador está en buenas condiciones, al conectarse produce oscilaciones que dan lugar a la aparición de una tensión alterna en el emisor del transistor. Además, la frecuencia del voltaje coincide con una característica similar del resonador.
El dispositivo está defectuoso si el medidor de frecuencia no detecta la aparición de una frecuencia o determina la presencia de una frecuencia, pero es muy diferente del valor nominal o cambia mucho cuando la carcasa se calienta con un soldador.
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