Кварцевые резонаторы

Кварц представляет собой кристаллический минерал естест­венного происхождения. Кварц — хороший диэлектрик (∆= = 10¹⁵ Ом-см), его относительная диэлектрическая проницаемость е = 4—5. Он обладает пьезоэлектрическими свойствами и высокой стабильностью характеристик.

Прямой пьезоэлектрический эффект — это появление электри­ческих зарядов на гранях кварцевой пластинки при механиче­ских воздействиях на нее. Обратный пьезоэлектрический эффект — это возникновение механических деформаций в кварцевой плас­тинке при воздействии электрического поля.

Кварцевая пластинка, как и всякое упругое тело, обладает соб­ственной резонансной частотой механических колебаний, завися­щей от размеров пластинки. Если частота колебаний электриче­ского поля, в которое помещена кварцевая пластинка, совпадает с собственной частотой ее механических колебаний, наступает яв­ление резонанса, и амплитуда тока в цепи резко возрастает.

При изменении частоты приложенного к кварцевой пластине напряжения амплитуда тока в цепи изменяется так же, как и ам­плитуда тока, протекающего через электрический колебательный контур. Эквивалентная схема кварца (рис. 4.1, а) представляет собой колебательный контур. На рисунке: L_KB — индуктивность кварца, характеризующая инерционные свойства пластины; С_кв— емкость кварца, характеризующая упругие свойства пластины; /кв — сопротивление кварца, характеризующее потери энергии при преобразовании механических колебаний в электрические; Со — статическая емкость кварцедержателя.

Индуктивность кварца очень большая — десятые доли генри; емкость кварца — величина очень малая — десятые или сотые до­ли пикофарады; сопротивление r_Кв—в Ом; емкость С₀— десятки пикофарад. При таких параметрах добротность кварцевого ре­зонатора получается очень высокой Q_Kb=10⁴—10⁶. График зави­симости реактивного сопротивления кварцевого резонатора от ча­стоты приложенного напряжения приведен на рис. 4.1, б. Кварц, как контур третьего вида, имеет две резонансные частоты. Одна из них Ѡкв соответствует резонансу в последовательной ветви L_кв C_кв, другая Ѡо — резонансу в параллельном контуре L_KBC₁ где С₁ — емкость, состоящая из последовательно включенных емко­стей С_кв и С₀.

Частота Ѡ_Кв более стабильна чем Ѡ₀. так как Ѡ_кв не зависит от изменяющейся емкости С₀ кварцедержателя.

Из рис. 4.1, б видно, что в диапазоне частот от 0 до Ѡ_Кв и от Ѡ₀ до ∞ реактивное сопротивление кварцевого резонатора имеет

емкостной характер, а в диапазоне от Ѡ_Кв до Ѡо — индуктивный. Интервал (Ѡ₀ — Ѡ_КВ)(Ѡ_КВ порядка Ю^-3—10-⁴.

Это свойство кварца — иметь индуктивное сопротивление в очень узком интервале частот (Ѡо— Ѡ_КВ) и используется для стабилиза­ции частоты автогенератора. Кварц включается в тот участок эк­вивалентной схемы автогенератора, где для баланса фаз необхо­дима индуктивность. В этом случае условия самовозбуждения бу­дут выполняться только на частоте кварца.

Дата добавления: 2014-01-15