แร่ควอตซ์ - โครงสร้างหลักการทำงานวิธีการตรวจสอบ

เทคโนโลยีดิจิตอลที่ทันสมัยต้องการความแม่นยำสูงดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่เกือบทุกอุปกรณ์ดิจิตอลซึ่งจะไม่ดึงดูดความสนใจของคนทั่วไปในทุกวันนี้มีตัวสะท้อนควอทซ์ภายใน

ควอตซ์ resonators สำหรับความถี่ต่าง ๆ เป็นสิ่งจำเป็นเป็นแหล่งที่เชื่อถือได้และมั่นคงของการสั่นฮาร์มอนิกเพื่อให้ไมโครคอนโทรลเลอร์แบบดิจิทัลสามารถพึ่งพาความถี่อ้างอิงและทำงานกับมันในอนาคตในระหว่างการดำเนินการของอุปกรณ์ดิจิตอล ดังนั้น resonator ของควอทซ์จึงสามารถทดแทนวงจร LC ที่น่าเชื่อถือได้

หากเราพิจารณาวงจรออสซิลลาสที่เรียบง่ายซึ่งประกอบด้วย ตัวเก็บประจุ และ เหนี่ยวนำจะเห็นได้อย่างรวดเร็วว่าปัจจัยคุณภาพของวงจรดังกล่าวในวงจรจะไม่เกิน 300 นอกจากนี้ความจุของตัวเก็บประจุจะลอยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยรอบซึ่งจะเกิดขึ้นกับการเหนี่ยวนำ

ไม่ใช่ว่าอะไรที่ตัวเก็บประจุและขดลวดมีพารามิเตอร์เช่น TKE - สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความจุและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของตัวเหนี่ยวนำ TKI - แสดงให้เห็นว่าตัวแปรหลักขององค์ประกอบเหล่านี้มีการเปลี่ยนแปลงกับอุณหภูมิของพวกเขา

ซึ่งแตกต่างจากวงจร oscillatory resonators ที่ใช้ระบบควอทซ์นั้นมีปัจจัย Q ที่ไม่สามารถบรรลุได้สำหรับ oscillatory circuits ซึ่งสามารถวัดได้ด้วยค่าตั้งแต่ 10,000 ถึง 10,000,000 และความเสถียรของอุณหภูมิของ resonators ควอตซ์ไม่เป็นที่ต้องการเนื่องจากความถี่ยังคงอยู่ที่อุณหภูมิใด ๆ 40 ° C ถึง + 70 ° C

ดังนั้นเนื่องจากความเสถียรของอุณหภูมิสูงและปัจจัยด้านคุณภาพจึงมีการใช้ตัวสะท้อนแสงควอทซ์ทุกหนทุกแห่งในวิศวกรรมวิทยุและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล

สำหรับการมอบหมาย ไมโครคอนโทรลเลอร์หรือโปรเซสเซอร์ ความถี่สัญญาณนาฬิกาเขาต้องการตัวกำเนิดสัญญาณนาฬิกาเสมอซึ่งเขาสามารถเชื่อถือได้อย่างเชื่อถือได้และเครื่องกำเนิดนี้ต้องการความถี่สูงและความแม่นยำสูงเสมอ แร่ควอตซ์มาที่นี่เพื่อช่วยเหลือ แน่นอนในบางแอปพลิเคชั่นตัวกระจายสัญญาณแบบเพียโซอิเล็กทริกที่มีคุณภาพ 1,000 ตัวสามารถจ่ายได้และตัวสะท้อนดังกล่าวก็เพียงพอสำหรับของเล่นอิเล็กทรอนิกส์และวิทยุในครัวเรือน แต่จำเป็นต้องใช้ควอตซ์สำหรับอุปกรณ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น

พื้นฐานของ resonator ควอตซ์คือ ผล piezoelectricที่เกิดขึ้นบนแผ่นผลึก ควอตซ์เป็นการดัดแปลง polymorphic ของซิลิคอนไดออกไซด์ SiO2 และพบในธรรมชาติในรูปแบบของผลึกและก้อนกรวด รูปแบบอิสระในเปลือกควอทซ์ของโลกมีค่าประมาณ 12% นอกจากนี้ในรูปแบบของส่วนผสมแร่ธาตุอื่น ๆ ยังมีควอตซ์และโดยทั่วไปมากกว่า 60% ผลึกในเปลือกโลก (เศษส่วนมวล)

เพื่อสร้าง resonators, ควอตซ์อุณหภูมิต่ำซึ่งมีคุณสมบัติ piezoelectric เด่นชัดเหมาะ เคมีควอตซ์มีเสถียรภาพมากและสามารถละลายในกรดไฮโดรฟลูออไรด์เท่านั้น ควอตซ์มีความแข็งที่เหนือกว่าถึงโอปอล แต่ไม่ถึงเพชร

ในการผลิตแผ่นควอทซ์ชิ้นส่วนจะถูกตัดจากคริสตัลควอตซ์ในมุมที่ระบุอย่างเคร่งครัด ขึ้นอยู่กับมุมตัดแผ่นผลึกที่เกิดขึ้นจะแตกต่างกันในคุณสมบัติของระบบเครื่องกลไฟฟ้า

ขึ้นอยู่กับประเภทของการตัด: ความถี่ความคงตัวของอุณหภูมิความเสถียรของการสั่นพ้องและการขาดหรือการปรากฏตัวของความถี่เรโซแนนซ์ปลอม จากนั้นชั้นของโลหะจะถูกนำไปใช้กับแผ่นทั้งสองด้านซึ่งอาจเป็นนิกเกิลทองคำขาวเงินหรือทองคำหลังจากนั้นแผ่นนั้นจะถูกยึดด้วยลวดแข็งไปยังฐานของเคสแร่ควอตซ์ ขั้นตอนสุดท้าย - กรณีถูกประกอบอย่างผนึกแน่น

ดังนั้นระบบสั่นที่มีความถี่พ้องของตัวเองจะได้รับและแร่ควอตซ์ที่ได้รับในลักษณะนี้มีความถี่พ้องของตัวเองที่กำหนดโดยพารามิเตอร์ไฟฟ้า

ทีนี้ถ้าแรงดันไฟฟ้าสลับของความถี่เรโซแนนซ์ที่กำหนดถูกนำไปใช้กับโลหะไฟฟ้าของพลาสติกปรากฏการณ์เรโซแนนซ์จะปรากฏขึ้นและความกว้างของการสั่นของฮาร์มอนิกของแผ่นจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญมาก ในกรณีนี้ความต้านทานของตัวลดทอนความต้านทานลดลงอย่างมีนัยสำคัญนั่นคือกระบวนการนั้นคล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นในวงจรออสซิลเลชันตามลำดับ เนื่องจากปัจจัยคุณภาพสูงของ "วงจรออสซิลเลชัน" การสูญเสียพลังงานในระหว่างการกระตุ้นที่ความถี่เรโซแนนซ์นั้นมีเพียงเล็กน้อย

ในวงจรที่เทียบเท่า: C2 คือความจุไฟฟ้าคงที่ของเพลตพร้อมตัวยึด L เป็นตัวเหนี่ยวนำ C1 คือความจุ R คือความต้านทานสะท้อนถึงคุณสมบัติเชิงกลของแผ่นควอทซ์ที่ติดตั้ง หากคุณลบองค์ประกอบการติดตั้งวงจร LC ที่สอดคล้องกันจะยังคงอยู่

ในระหว่างการติดตั้งบนแผงวงจรพิมพ์ตัวต้านทานควอตซ์ไม่สามารถทำให้ร้อนเกินไปเนื่องจากการออกแบบค่อนข้างบอบบางและความร้อนสูงเกินไปอาจนำไปสู่การเสียรูปของขั้วไฟฟ้าและตัวยึดซึ่งจะส่งผลกระทบต่อการทำงานของตัวสะท้อนในอุปกรณ์ หากควอทซ์ถูกทำให้ร้อนถึง 5730 ° C มันจะสูญเสียคุณสมบัติของเพียโซอิเล็กทริกอย่างสมบูรณ์ แต่โชคดีที่มันไม่สามารถให้ความร้อนกับองค์ประกอบที่มีหัวแร้งต่ออุณหภูมิดังกล่าว

การกำหนดของ resonator ผลึกในแผนภาพคล้ายกับชื่อของตัวเก็บประจุที่มีรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าระหว่างแผ่น (แผ่นผลึก) และมีจารึก "ZQ" หรือ "Z"

บ่อยครั้งที่สาเหตุของความเสียหายที่เกิดขึ้นกับ resonator ควอตซ์คือการตกหรือผลกระทบที่รุนแรงของอุปกรณ์ที่มีการติดตั้งและจากนั้นมีความจำเป็นต้องเปลี่ยน resonator ด้วยใหม่ด้วยความถี่เรโซแนนซ์เดียวกัน ความเสียหายดังกล่าวมีอยู่ในอุปกรณ์ขนาดเล็กซึ่งง่ายต่อการปล่อย อย่างไรก็ตามตามสถิติความเสียหายดังกล่าวกับแร่ควอตซ์นั้นหายากมากและบ่อยครั้งที่ความผิดปกติของอุปกรณ์นั้นเกิดจากสาเหตุอื่น

ในการตรวจสอบ resonator ของควอตซ์สำหรับความสามารถในการให้บริการคุณสามารถประกอบโพรบขนาดเล็กที่จะช่วยไม่เพียง แต่ตรวจสอบความสามารถในการทำงานของ resonator แต่ยังเพื่อดูความถี่เรโซแนนซ์ วงจรโพรบเป็นวงจรออสซิลเลเตอร์คริสตัลทั่วไปโดยใช้ทรานซิสเตอร์ตัวเดียว

โดยการเปิดตัว resonator ระหว่างฐานและลบ (เป็นไปได้ผ่านตัวเก็บประจุป้องกันในกรณีที่ไฟฟ้าลัดวงจรใน resonator) มันยังคงวัดความถี่เรโซแนนท์ด้วยเครื่องวัดความถี่ วงจรนี้ยังเหมาะสำหรับการตั้งค่าวงจรการแกว่งล่วงหน้า

เมื่อเปิดวงจรตัวสะท้อนความร้อนที่ดีจะส่งผลให้เกิดการแกว่งและสามารถสังเกตแรงดันไฟฟ้าสลับบนตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์ความถี่ที่จะสอดคล้องกับความถี่พื้นฐานของตัวสะท้อนแสงของผลึกควอทซ์ที่ทดสอบ

ด้วยการเชื่อมต่อเครื่องวัดความถี่เข้ากับเอาท์พุทโพรบผู้ใช้จะสามารถสังเกตความถี่เรโซแนนท์นี้ได้ หากความถี่มีความเสถียรหากความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยหัวแร้งที่ยกสูงไม่ได้นำไปสู่ความถี่ของการหมุนอย่างรุนแรงแสดงว่าเครื่องสะท้อนอยู่ในสภาพดี หากไม่มีรุ่นหรือความถี่จะลอยหรือจะกลายเป็นแตกต่างอย่างสมบูรณ์กว่าที่ควรจะเป็นสำหรับองค์ประกอบที่ผ่านการทดสอบแล้วแร่สะท้อนความผิดพลาดและควรจะเปลี่ยน

โพรบนี้ยังมีความสะดวกในการตั้งค่าวงจรออสซิลโลสโคปล่วงหน้าในกรณีนี้จำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุ C1 แม้ว่าจะสามารถแยกออกจากวงจรได้เมื่อตรวจสอบตัวต้านทาน วงจรมีการเชื่อมต่ออย่างง่าย ๆ แทนที่จะเป็น resonator และวงจรก็เริ่มที่จะสร้างความผันผวนในลักษณะที่คล้ายกัน

ตัวอย่างที่ประกอบขึ้นตามวงจรที่กำหนดนั้นทำงานได้อย่างน่าอัศจรรย์ที่ความถี่ตั้งแต่ 15 ถึง 20 MHz สำหรับช่วงอื่นคุณสามารถค้นหาวงจรบนอินเทอร์เน็ตได้ตลอดเวลาเนื่องจากมีหลายช่วงทั้งในองค์ประกอบที่ไม่ต่อเนื่องและในวงจรขนาดเล็ก