Nowoczesne urządzenia cyfrowe wymagają wysokiej dokładności, dlatego często zawierają rezonator kwarcowy, który jest stabilnym i niezawodnym generatorem oscylacji harmonicznych. Cyfrowe mikrokontrolery działają w oparciu o tę stałą częstotliwość i wykorzystują je do obsługi urządzenia cyfrowego. Rezonatory kwarcowe są niezawodnym zamiennikiem obwodu oscylacyjnego zamontowanego na kondensatorze i cewce indukcyjnej. Zazwyczaj rezonator kwarcowy jest wykonany w postaci dwubiegunowego urządzenia, łączącego układy elektrycznego wzbudzania drgań mechanicznych i usuwania sygnału elektrycznego proporcjonalnie do amplitudy tych drgań.
Odmiany rezonatorów kwarcowych
Według rodzaju skrzynki:
- Do instalacji wolumetrycznej (cylindrycznej i standardowej).
- Do montażu powierzchniowego.
Według materiału sprawy:
- Metal.
- Szkło
- Plastik.
Zgodnie z kształtem obudowy:
- Okrągły
- Prostokątny
- Cylindryczny
- Płaski.
Według liczby systemów rezonansowych:
- Pojedynczy
- Podwójny.
Ważną właściwością rezonatorów kwarcowych dla pomyślnego działania jest ich aktywność. Ale nie zależy to tylko od jego własnych właściwości. Cały obwód elektryczny wpływa na jego aktywność. W rezonatorach wykorzystywanych w filtrach stosowane są te same typy oscylacji, co w rezonatorach generatora.
Zasada działania rezonatorów kwarcowych
Rezonatory kwarcowe działają w oparciu o efekt piezoelektryczny powstały na płycie kwarcowej. Kwarc jest naturalnym kryształem. Jest to modyfikacja związku krzemu z tlenem i ma chemiczny wzór Si O 2. Tylko kwarc niskotemperaturowy, który ma właściwości piezoelektryczne, nadaje się do produkcji rezonatorów. W naturze taki kwarc występuje w postaci kryształów i bezkształtnych kamyków. Chemicznie kwarc jest bardzo stabilny i nie rozpuszcza się w żadnym z kwasów, z wyjątkiem fluorowodoru. Również kwarc jest bardzo twardy. W skali twardości zajmuje siódme miejsce na dziesięć.
Aby wykonać płytkę kwarcową, pobiera się kryształ kwarcu i wycina się z niego płytkę pod pewnym kątem. Właściwości elektromechaniczne płyty kwarcowej zależą od kąta, pod którym następuje cięcie. Rodzaj cięcia znacząco wpływa na stabilność temperatury, liczbę fałszywych rezonansów i częstotliwość rezonansową. Następnie warstwę metalizowaną (srebrny, nikiel, złoto lub platyna) nakłada się na dwie strony płyty kwarcowej i mocuje w uchwycie kwarcowym za pomocą styków z twardego drutu.
Cała konstrukcja jest umieszczona w szczelnej obudowie. Rezonator kwarcowy ma swoją własną nominalną częstotliwość rezonansową. Jeżeli do płyty kwarcowej zostanie przyłożone napięcie przemienne, które pokrywa się z częstotliwością rezonansową samej płyty kwarcowej, powstanie rezonans częstotliwości, a amplituda oscylacji gwałtownie wzrośnie. Przy rezonansie rezystancja elektryczna rezonatora maleje. Wynik jest odpowiednikiem sekwencyjnego układu oscylacyjnego. Ponieważ utrata energii w kwarcowego rezonatora są bardzo małe, to faktycznie reprezentuje elektryczny obwód oscylacyjny o bardzo wysokim współczynniku Q.
Podczas montażu rezonatora kwarcowego na płytce drukowanej należy uważać, aby go nie przegrzać. To zalecenie wynika prawdopodobnie z faktu, że konstrukcja rezonatora kwarcowego jest dość cienka. Przegrzanie termiczne może powodować deformację uchwytu kwarcowego i płytek elektrod. Oczywiście wszystko to może wpłynąć, na jakość rezonatora w obwodzie. Wiadomo również, że jeśli kwarc zostanie podgrzany do temperatury powyżej 573 0 C, wówczas zamienia się w kwarc wysokotemperaturowy i traci swoje właściwości piezoelektryczne. Oczywiście nierealistyczne jest doprowadzanie temperatury kwarcu do takiej temperatury za pomocą sprzętu lutowniczego.
Zakres zastosowania rezonatorów kwarcowych
Ze względu na stabilność parametrów rezonatorów kwarcowych znalazły szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach: Wiele urządzeń pomiarowych działa w oparciu o takie rezonatory, a dokładność pomiaru jest bardzo wysoka.
- Piezoelektryczna płyta kwarcowa służy, jako rezonator echosondy morskiej do identyfikacji obiektów znajdujących się w wodzie, badania dna morskiego oraz określania położenia płytkich i raf.
- Rezonatory kwarcowe znalazły szeroką popularność w zegarkach kwarcowych, ponieważ częstotliwość oscylacji płyty kwarcowej jest praktycznie niezależna od temperatury i ma niewielką względną zmianę częstotliwości.
- Rezonatory kwarcowe są często wykorzystywane do produkcji sprzętu komunikacyjnego, multimediów, elektroniki samochodowej, a także do budowy urządzeń przemysłowych lub domowych.
