مرنانات الكوارتز: الغرض ، التطبيق ، مبدأ العمل ، خصائص الاستخدام

ما هي رنانات الكوارتز؟

الإلكترونيات الرقمية الحديثة ، المجهزة بمعالجات دقيقة ووحدات تحكم دقيقة ، لا يمكن تصورها ببساطة بدون تذبذبات على مدار الساعة. وحيث يتم الحصول على تذبذبات الساعة ، هناك تشغيل المولد والنظام المتذبذب ، وحيثما يكون النظام المتذبذب ، ستظهر بالضرورة ظاهرة الرنين والمعلمة المهمة مثل عامل الجودة. هنا نتعرف على رنانات الكوارتز (المذبذبات).

مرنان الكوارتز (الكوارتز) هو مولد للتذبذبات الكهرومغناطيسية بدرجة عالية من ثبات التردد ، والذي يستخدم الخصائص الكهرضغطية والميكانيكية للوحة الكوارتز.

وفقًا لمبدأ التشغيل ، فإن مرنان الكوارتز هو مذبذب مع استقرار تردد الكوارتز. تُستخدم هذه المولدات كمولد رئيسي مستقر للغاية في معدات القياس ، ومعايير التردد والوقت ، وساعات الكوارتز ، وكذلك في المعدات الإلكترونية المختلفة.

عيب رنانات الكوارتز هو أنه يمكن أن يولد فقط عند ترددات ثابتة يحددها تردد الرنين للكوارتز ، وعمليًا لا يسمح بضبط التردد.

تنقسم جميع دوائر مرنان الكوارتز إلى مجموعتين كبيرتين اعتمادًا على رنين الكوارتز (المتوازي أو المتسلسل) المستخدم فيها. الأكثر انتشارًا هي دوائر مرنان الكوارتز ، حيث يعمل الكوارتز بالقرب من تردد الرنين الموازي.

لذا ، فإن مرنان الكوارتز في الدائرة الإلكترونية هو بديل لا يهزم لأي مرنان دائرة تتأرجحتتكون من مكثف ومحث. الناتج هو أعلى عامل Q من رنانات الكوارتز. بينما تصل دائرة LC الجيدة إلى معامل Q 300 ، فإن عامل Q لمرنان الكوارتز يمكن أن يصل إلى 10،000،000. كما ترون ، التفوق هو عشرات الآلاف من المرات. وبالتالي ، لا يمكن مقارنة أي دائرة متذبذبة مع مرنان كوارتز من حيث عامل Q.

وغني عن القول عن تأثير درجة الحرارة على تردد الرنين. يعتمد تردد الطنين لنفس الدائرة المتذبذبة بشدة على TKE (معامل درجة حرارة السعة) للمكثف الذي يدخلها. من ناحية أخرى ، يتمتع الكوارتز بثبات درجة حرارة عالية جدًا ، ولهذا السبب فإن رنانات الكوارتز تمسك بمواقعها بثبات كمصادر للتذبذب لمولدات تردد الساعة لأغراض مختلفة.

كيف يعمل مرنان الكوارتز

لفهم كيفية عمل مرنان الكوارتز وعمله ، يكفي أن نتذكر ماهيته تأثير كهرضغطية... تخيل قطعة من الكوارتز منخفض الحرارة (ثاني أكسيد السيليكون) مقطوعة من بلورة بطريقة معينة.تحدد الزاوية التي يتم عندها قطع رقاقة من البلورة الخصائص الكهروميكانيكية للرنان الذي يتم إنتاجه. يتم الآن توصيل الأقطاب الكهربائية بهذه اللوحة على كلا الجانبين عن طريق ترسيب طبقات من النيكل أو البلاتين أو الذهب أو الفضة ، ويتم توصيل الأسلاك الصلبة بها. يتم وضع الهيكل بأكمله في مبيت صغير مختوم.

وهكذا ، تم الحصول على نظام تذبذب كهروميكانيكي ، والذي له (بسبب الخصائص الطبيعية للكوارتز منخفض الحرارة) تأثير كهرضغطية وله تردد طنين خاص به.

إذا تم الآن تطبيق جهد متناوب على الأقطاب الكهربائية ، حيث يكون ترددها قريبًا من تردد الرنين لنظام التذبذب الناتج ، فستبدأ اللوحة في الانقباض ميكانيكيًا والتوسع بأقصى سعة ، وبسبب التأثير الكهروإجهادي ، كلما اقتربنا من تردد الجهد المطبق هو صدى ، وستكون مقاومة الرنان أقل. هذا هو تشبيه مرنان الكوارتز بدائرة مذبذب عالية التردد. والنتيجة مماثلة بشكل أساسي لدائرة LC التسلسلية.

خصائص مرنان الكوارتز

يمكن تمثيل مرنان الكوارتز في شكل دائرة مكافئة ، حيث C0 هي السعة الكهربائية المتصاعدة التي شكلها حاملو الكابلات المعدنية والأقطاب الكهربائية. C1 و L و R هي السعة والتحريض والمقاومة النشطة للوحة مباشرة مع الأقطاب الكهربائية ، كنظير لدائرة تتأرجح حقيقية تم الحصول عليها بسبب الخصائص الكهروميكانيكية للوحة.

إذا استثنينا السعة المتصاعدة C0 من الدائرة ، فسنحصل صراحة على دائرة متذبذبة متسلسلة.أما بالنسبة لتعيين الرنان في الرسم التخطيطي ، فيبدو كمكثف به مستطيل يرمز إلى بلورة كوارتز بين الألواح.

في عملية تجميع وتفكيك رنانات الكوارتز على الألواح عن طريق اللحام ، يجب أن نتذكر أن ارتفاع درجة حرارة الكوارتز فوق 573 درجة مئوية محفوف بفقدان الخصائص الكهرضغطية للبلورة.