แร่ควอตซ์: วัตถุประสงค์, การใช้งาน, หลักการทำงาน, ลักษณะการใช้งาน

แร่ควอตซ์มีไว้เพื่ออะไร?

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลที่ทันสมัย ​​พร้อมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ เป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงหากไม่มีสัญญาณนาฬิกา และเมื่อได้รับการสั่นของนาฬิกาจะมีการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและระบบการสั่นและในกรณีที่ระบบการสั่นอยู่ทั้งปรากฏการณ์เรโซแนนซ์และพารามิเตอร์ที่สำคัญเช่นปัจจัยด้านคุณภาพจะต้องปรากฏขึ้น เรามาทำความรู้จักกับแร่ควอตซ์ (ออสซิลเลเตอร์)

แร่ควอตซ์ (ควอตซ์) เป็นเครื่องกำเนิดการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่คงที่ในระดับสูง ซึ่งใช้คุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริกและเชิงกลของแผ่นควอตซ์

ตามหลักการทำงาน แร่ควอทซ์คือออสซิลเลเตอร์ที่มีความเสถียรของความถี่ควอทซ์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวถูกใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักที่มีความเสถียรสูงในอุปกรณ์การวัด มาตรฐานความถี่และเวลา นาฬิกาควอทซ์ รวมถึงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ

ข้อเสียของแร่ควอทซ์คือสามารถสร้างได้ที่ความถี่คงที่ซึ่งกำหนดโดยความถี่เรโซแนนซ์ของควอตซ์เท่านั้น และในทางปฏิบัติไม่อนุญาตให้ปรับความถี่

วงจรแร่ควอทซ์ทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ขึ้นอยู่กับว่าควอทซ์เรโซแนนซ์ (ขนานหรืออนุกรม) ใช้ในวงจรใด ที่แพร่หลายที่สุดคือวงจรสะท้อนของควอตซ์ ซึ่งควอตซ์ทำงานใกล้เคียงกับความถี่เรโซแนนซ์แบบขนาน

ดังนั้น แร่ควอตซ์ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์จึงเป็นทางเลือกที่ไม่มีใครเทียบได้ วงจรสั่นประกอบด้วยตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ เอาต์พุตเป็นปัจจัย Q สูงสุดของแร่ควอทซ์ แม้ว่าวงจร LC ที่ดีจะมีค่า Q-factor ที่ 300 แต่ค่า Q-factor ของแร่ควอทซ์จะสูงถึง 10,000,000 อย่างที่คุณเห็น ดังนั้นจึงไม่มีวงจรสั่นใดที่สามารถเปรียบเทียบได้กับตัวสะท้อนควอตซ์ในแง่ของ Q-factor

ไม่จำเป็นต้องพูดถึงผลกระทบของอุณหภูมิต่อความถี่เรโซแนนซ์ ความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรสั่นเดียวกันนั้นขึ้นอยู่กับ TKE (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความจุ) ของตัวเก็บประจุที่ป้อนเข้าไป ในทางกลับกัน ควอทซ์มีความเสถียรต่ออุณหภูมิที่สูงมาก ด้วยเหตุนี้ รีโซเนเตอร์ของควอทซ์จึงยึดตำแหน่งของพวกเขาไว้อย่างมั่นคงในฐานะแหล่งที่มาของการสั่นสำหรับเครื่องกำเนิดความถี่สัญญาณนาฬิกาสำหรับวัตถุประสงค์ต่างๆ

วิธีการทำงานของแร่ควอทซ์

เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของแร่ควอทซ์และการทำงานของมันก็เพียงพอแล้วที่จะจดจำว่ามันคืออะไร ผลเพียโซอิเล็กทริก… ลองจินตนาการถึงแผ่นควอตซ์อุณหภูมิต่ำ (ซิลิกอนไดออกไซด์) ที่ตัดออกจากคริสตัลด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งมุมที่แผ่นเวเฟอร์ถูกตัดออกจากคริสตัลจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดเสียง ตอนนี้อิเล็กโทรดถูกติดเข้ากับแผ่นนี้ทั้งสองด้านโดยการเคลือบชั้นของนิกเกิล แพลทินัม ทองหรือเงิน และติดลวดแข็งเข้ากับอิเล็กโทรด โครงสร้างทั้งหมดถูกวางไว้ในตัวเรือนขนาดเล็กที่ปิดสนิท

ดังนั้นจึงได้รับระบบการสั่นแบบเครื่องกลไฟฟ้าซึ่งมี (เนื่องจากลักษณะตามธรรมชาติของควอตซ์อุณหภูมิต่ำ) เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกและมีความถี่เรโซแนนซ์ของตัวเอง

หากตอนนี้ใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับกับขั้วไฟฟ้า ความถี่ซึ่งใกล้เคียงกับความถี่เรโซแนนซ์ของระบบสั่นที่เกิดขึ้น แผ่นจะเริ่มหดตัวทางกลไกและขยายตัวด้วยแอมพลิจูดสูงสุด และเนื่องจากผลเพียโซอิเล็กทริก ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้คือการสั่นพ้อง ความต้านทานของเสียงสะท้อนจะยิ่งต่ำลง นี่คือความคล้ายคลึงของแร่ควอตซ์กับวงจรออสซิลเลเตอร์ความถี่สูง ผลลัพธ์ที่ได้นั้นคล้ายคลึงกับวงจร LC แบบอนุกรม

คุณสมบัติของแร่ควอตซ์

ตัวสะท้อนควอตซ์สามารถแสดงในรูปแบบของวงจรสมมูล โดยที่ C0 คือความจุไฟฟ้าที่ติดตั้งซึ่งเกิดจากตัวยึดสายโลหะและอิเล็กโทรด C1, L และ R คือค่าความจุ ความเหนี่ยวนำ และความต้านทานแบบแอคทีฟของเพลตโดยตรงกับอิเล็กโทรด โดยเป็นอะนาล็อกของวงจรสั่นจริงที่ได้จากคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเพลต

หากเราแยกความจุการติดตั้ง C0 ออกจากวงจร เราจะได้วงจรการสั่นแบบอนุกรมอย่างชัดเจนสำหรับการกำหนดตัวสะท้อนในแผนภาพดูเหมือนว่าตัวเก็บประจุที่มีรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเป็นสัญลักษณ์คริสตัลควอตซ์ระหว่างแผ่น

ในกระบวนการประกอบและถอดชิ้นส่วนของตัวสะท้อนควอตซ์บนกระดานโดยการบัดกรี ควรจำไว้ว่าความร้อนสูงเกินไปของควอตซ์ที่สูงกว่า 573 ° C นั้นเต็มไปด้วยการสูญเสียคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริกของคริสตัล