مرنان الكوارتز - هيكل ، مبدأ العملية ، وكيفية التحقق

تتطلب التكنولوجيا الرقمية الحديثة دقة عالية ، لذلك ليس من المستغرب أن يحتوي أي جهاز رقمي تقريبًا ، والذي لا يجذب انتباه الرجل العادي اليوم ، على مرنان كوارتز بداخله.

تعد الرنانات الكوارتز لمختلف الترددات ضرورية كمصدر موثوق وثابت للتذبذبات التوافقية ، بحيث يمكن للمراقب المتحكم الرقمي أن يعتمد على التردد المرجعي ويعمل معه في المستقبل ، أثناء تشغيل الجهاز الرقمي. وبالتالي ، فإن مرنان الكوارتز هو بديل موثوق لدائرة التذبذب LC.

إذا اعتبرنا دائرة تذبذبية بسيطة ، تتكون من مكثف و مغو، سرعان ما يصبح من الواضح أن عامل جودة هذه الدائرة في الدائرة لن يتجاوز 300 ، بالإضافة إلى ذلك ، سوف تطفو السعة مكثف اعتمادا على درجة الحرارة المحيطة ، وسوف يحدث نفس الشيء مع الحث.

ليس من أجل لا شيء أن يكون للمكثفات والملفات معلمات مثل معامل درجة حرارة السعة TKE ومعامل درجة حرارة المحاثة TKI ، مما يدل على مدى تغير المعلمات الرئيسية لهذه المكونات مع درجة الحرارة.

على عكس الدوائر المذبذبة ، تحتوي المرنانات القائمة على الكوارتز على عامل جودة لا يمكن تحقيقه بالنسبة للدوائر التذبذبية ، التي يمكن قياسها بقيم تتراوح من 10،000 إلى 10،000،000 ، واستقرار درجة حرارة مرنانات الكوارتز غير وارد ، لأن التردد يبقى ثابتًا في أي درجة حرارة ، وعادةً ما يكون من المدى من - 40 درجة مئوية إلى + 70 درجة مئوية

لذلك ، نظرًا لاستقرار درجة الحرارة المرتفعة وعامل الجودة ، يتم استخدام مرنانات الكوارتز في كل مكان في هندسة الراديو والالكترونيات الرقمية.

للمهمة متحكم أو المعالج تردد الساعة ، يحتاج دائمًا إلى مولد ساعة ، يمكنه الاعتماد عليه بشكل موثوق ، ويحتاج هذا المولد دائمًا إلى مولد عالي التردد وعالي الدقة. هنا يأتي مرنان الكوارتز للانقاذ. بالطبع ، في بعض التطبيقات ، يمكن الاستغناء عن مرنانات كهرضغطية ذات عامل جودة 1000 ، وهذه الرنانات كافية للألعاب الإلكترونية وأجهزة الراديو المنزلية ، ولكن الكوارتز مطلوبة للأجهزة الأكثر دقة.

أساس مرنان الكوارتز هو تأثير كهرضغطيةالناشئة على لوحة الكوارتز. الكوارتز هو تعديل متعدد الأشكال لثاني أكسيد السيليكون SiO2 ، ويوجد في الطبيعة في شكل بلورات وحصى. شكل حر في قشرة الكوارتز الأرض حوالي 12 ٪ ، بالإضافة إلى ذلك ، في شكل مخاليط ، والمعادن الأخرى تحتوي أيضا على الكوارتز ، وبشكل عام أكثر من 60 ٪ الكوارتز في قشرة الأرض (الكسر الشامل).

لإنشاء مرنانات ، يعتبر الكوارتز ذو درجة الحرارة المنخفضة ، والذي يتميز بخصائص كهرضغطية ، مناسبًا. من الناحية الكيميائية ، يكون الكوارتز مستقرًا للغاية ، ولا يمكن حله إلا في حمض الهيدروفلورايد. الكوارتز متفوقة في صلابة أوبال ، لكنه لا يصل إلى الماس.

في صناعة صفيحة الكوارتز ، يتم قطع قطعة من بلورة الكوارتز بزاوية محددة بدقة. اعتمادًا على زاوية القطع ، ستختلف لوحة الكوارتز الناتجة في خصائصها الكهروميكانيكية.

يعتمد الكثير على نوع القطع: التردد ، استقرار درجة الحرارة ، استقرار الرنين ، وغياب أو وجود ترددات الرنين الزائفة. بعد ذلك ، يتم تطبيق طبقة من المعدن على الصفيحة على كلا الجانبين ، والتي قد تكون من النيكل أو البلاتين أو الفضة أو الذهب ، وبعدها يتم تثبيت الصفيحة بأسلاك صلبة على قاعدة صندوق الرنان الكوارتز. الخطوة الأخيرة - يتم تجميع القضية بإحكام.

وبالتالي ، يتم الحصول على نظام تذبذب بتردد الرنين الخاص به ، ويكون مرنان الكوارتز الذي تم الحصول عليه بهذه الطريقة له تردد الرنان الخاص به المحدد بواسطة المعلمات الكهروميكانيكية.

الآن ، إذا تم تطبيق الجهد المتناوب لتردد الرنين المحدد على الأقطاب المعدنية للبلاستيك ، ستظهر ظاهرة الرنين ، وسوف تزيد سعة التذبذبات التوافقية للوحة بشكل كبير. في هذه الحالة ، تقل مقاومة الرنان بشكل كبير ، أي أن العملية تشبه ما يحدث في دائرة تذبذبية متتابعة. نظرًا لعوامل الجودة العالية لهذه "الدائرة التذبذبية" ، فإن فقدان الطاقة أثناء الإثارة عند تردد الرنان لا يكاد يذكر.

على دارة مكافئة: C2 هي القدرة الكهربائية الساكنة للألواح مع حاملات ، L هي الحث ، C1 هي السعة ، R هي المقاومة ، مما يعكس الخواص الكهروميكانيكية للوحة الكوارتز المثبتة. إذا قمت بإزالة عناصر التركيب ، تبقى دائرة LC متسقة.

أثناء التثبيت على لوحة دوائر مطبوعة ، لا يمكن زيادة سخونة مرنان الكوارتز ، لأن تصميمه هش للغاية ، ويمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تشوه الأقطاب الكهربائية وحاملها ، مما سيؤثر بالتأكيد على تشغيل المرنان في الجهاز النهائي. إذا تم تسخين الكوارتز إلى 5730 درجة مئوية ، فسوف يفقد تمامًا خواصه الكهروإجهادية ، لكن لحسن الحظ ، من المستحيل تسخين عنصر بحديد لحام إلى درجة حرارة كهذه.

يشبه تعيين مرنان الكوارتز في الرسم البياني تعيين مكثف مع مستطيل بين الألواح (لوحة الكوارتز) ، ومع النقش "ZQ" أو "Z".

غالبًا ما يكون سبب تلف جهاز الرنين الكوارتز هو السقوط أو التأثير القوي للجهاز الذي تم تثبيته فيه ، ومن ثم فمن الضروري استبدال المرنان برقم جديد بنفس تردد الرنين. هذا الضرر متأصل في أجهزة صغيرة الحجم يسهل إسقاطها. ومع ذلك ، ووفقًا للإحصاءات ، فإن هذا التلف الذي يحدث له مرنانات الكوارتز نادر للغاية ، وغالبًا ما يحدث خلل في الجهاز لسبب مختلف.

للتحقق من مرنان الكوارتز للتأكد من صيانته ، يمكنك تجميع مسبار صغير ليس فقط يساعد على التحقق من إمكانية تشغيل مرنان ، ولكن أيضا لمعرفة تردد الرنين. دارة التحقيق هي دارة مذبذب نموذجية باستخدام ترانزستور واحد.

من خلال تشغيل المرنان بين القاعدة والناقص (من الممكن من خلال مكثف وقائي في حالة وجود دائرة كهربائية قصيرة في الرنان) ، يبقى قياس تردد الرنين بمقياس تردد. هذه الدائرة مناسبة أيضًا للإعداد المسبق للدوائر التذبذبية.

عند تشغيل الدائرة ، سوف يسهم مرنان صحي في توليد التذبذبات ، ويمكن ملاحظة وجود جهد بديل على باعث الترانزستور ، الذي سيتوافق تردده مع تردد الرنان الأساسي لمرنان الكوارتز المختبر.

من خلال توصيل عداد التردد بإخراج التحقيق ، سيكون المستخدم قادرًا على مراقبة تردد الرنين هذا. إذا كان التردد ثابتًا ، إذا لم يؤد التسخين الطفيف للمرنان بحديد لحام مرفوع إلى انجراف قوي للتردد ، فسيكون المرنان في حالة جيدة. إذا لم يكن هناك جيل ، أو سوف يطفو التردد ، أو سيتحول إلى أن يكون مختلفًا تمامًا عما يجب أن يكون للمكون المختبر ، فإن جهاز الرنان يكون معيبًا ويجب استبداله.

هذا المجس مناسب أيضًا للضبط المسبق للدوائر التذبذبية ، وفي هذه الحالة يكون المكثف C1 مطلوبًا ، على الرغم من أنه يمكن استبعاده من الدائرة عند فحص الرنانات. يتم توصيل الدائرة ببساطة بدلاً من المرنان ، وتبدأ الدائرة في توليد التذبذبات بطريقة مماثلة.

تعمل العينات التي تم تجميعها وفقًا للدائرة المعينة بشكل رائع على الترددات من 15 إلى 20 ميجاهرتز. بالنسبة إلى النطاقات الأخرى ، يمكنك دائمًا البحث عن دوائر على الإنترنت ، نظرًا لوجود العديد منها ، سواء على المكونات المنفصلة أو على الدائرة الصغيرة.