Spis treści:
Rezonatory kwarcowe to precyzyjne rozwiązanie do odmierzania czasu w układach elektronicznych. Co warto o nich wiedzieć?
Czym jest rezonator kwarcowy?
Rezonator kwarcowy to element elektroniczny, którego główną częścią jest kryształ kwarcu. Minerał ten wyróżnia się specyficzną budową molekularną, która przekłada się na wysoką stabilność również w momencie, gdy przez kryształy przechodzi prąd. Dodatkowo kwarc jest piezoelektrykiem – oznacza to, że naprężenia mechaniczne powodują pojawienie się na jego powierzchni ładunku elektrycznego. Z uwagi na unikatowe właściwości kwarcu podłączenie zasilania sprawia, że kryształy wibrują z bardzo stabilną i precyzyjną częstotliwością, co przekłada się na możliwość zastosowania ich w układach elektronicznych. Podstawowy mechanizm tego typu to właśnie rezonator kwarcowy – podobne rozwiązania można znaleźć także w zegarkach, gdzie kwarc zapewnia równe i dokładne odmierzanie czasu.
Generowanie drgań o jednostajnej częstotliwości ma istotne znaczenie w wielu projektach. Rezonatory kwarcowe są doceniane m.in. w technice cyfrowej czy w radiotechnice. Ponadto znajdują one zastosowanie przy synchronizacji sygnałów cyfrowych (np. w komputerach, laptopach i telefonach), a także w systemach, których działanie zależy od czasu.
Jak zbudowany jest rezonator kwarcowy?
Podobnie jak większość innych komponentów elektronicznych, rezonator kwarcowy charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami – w większości przypadków wszystkie z wymiarów obudowy wynoszą poniżej 10 mm. Układ tego typu może mieć dwa, trzy lub cztery wyprowadzenia, a jego zadaniem jest generowanie równych drgań o wysokiej precyzji.
Wewnątrz obudowy tego urządzenia umieszczony jest fragment kwarcu, a dokładniej – dwutlenku kwarcu, dostosowany wielkością do danego modelu rezonatora. Wykorzystanie tego minerału pozwala na uzyskanie sprzężenia pola elektrycznego z odkształceniami płytki kryształu, co prowadzi do powstania napięcia na elektrodach przyłączonych do układu.
Rozmiar i kształt kryształu kwarcu ma wpływ na parametry rezonatora, a w szczególności częstotliwość drgań. Sam minerał może wibrować w przedziale od kilkudziesięciu kHz do nawet kilkuset MHz. Warto przy tym zaznaczyć, że kwarc odznacza się wysoką odpornością na czynniki zewnętrzne (w tym na temperaturę) i bardzo dobrą stabilnością działania, co ma kluczowe znaczenie w wielu układach elektronicznych.
Jak działa rezonator kwarcowy?
Działanie rezonatora kwarcowego opiera się na wykorzystaniu zasady wzajemnego sprzężenia pola elektrycznego z odkształceniami płytki kwarcowej. Oznacza to, że gdy do kwarcu zostaje przyłożone napięcie, powstaje rezonans, czyli wzrost amplitudy drgań dla określonej częstotliwości. Po jego wystąpieniu następuje stabilizacja drgań układu, a dokładniej mówiąc – zachodzi gwałtowny wzrost amplitudy oscylacji i spadek rezystancji elektrycznej.
Rezonator kwarcowy – zastosowanie
Przesyłanie stabilnych sygnałów czasowych ma spore znaczenie w wielu układach elektronicznych, co przekłada się na szerokie pole zastosowań rezonatorów kwarcowych. Bez elementów tego typu wiele sprzętów nie mogłoby funkcjonować w poprawny sposób. Warto zaznaczyć, że rezonator to układ, z którym możemy spotkać się w urządzeniach użytkowanych na co dzień – mowa m.in. o:
- zegarach,
- akcesoriach samochodowych,
- krótkofalówkach,
- kartach dźwiękowych,
- ekranach LCD,
- mikroprocesorach,
- układach komunikacji bezprzewodowej.
Rezonatory kwarcowe stosuje się również do synchronizacji sygnałów cyfrowych i audio. Można je znaleźć w większości urządzeń, w których potrzebny jest dokładny pomiar czasu, częstotliwości lub obydwóch z tych wartości.
Jak zwiększyć dokładność rezonatora kwarcowego?
W wielu sprzętach nie wykorzystuje się maksymalnej mocy rezonatorów kwarcowych. Nie jest to potrzebne np. w zegarkach, jednak część urządzeń wymaga większej wydajności. Można to osiągnąć na dwa główne sposoby.
- Dokładność rezonatora można zwiększyć przez wykorzystanie specjalnych pojemników, w których zachowywana jest stała temperatura. Mimo dużej odporności na warunki zewnętrzne, rezonator wciąż może tracić swoją moc przez wahania temperatury – warto zatem ograniczyć wpływ tego czynnika na pracę układu.
- Kolejnym sposobem jest korzystanie ze stabilnych platform, które pozwolą wyeliminować wahania pozycji rezonatora. Przy tego typu rozwiązaniach można stosować żyroskopy, akceleratory i specjalne układy niwelujące zmiany położenia.
Zapewnienie rezonatorowi kwarcowemu stabilnego podłoża i właściwej temperatury to podstawa do wykorzystania pełnej mocy tego komponentu. Dzięki temu może on stać się jeszcze bardziej precyzyjny, co ma szczególne znaczenie w bardziej rozbudowanych urządzeniach i systemach.
Ile kosztuje rezonator kwarcowy?
Rezonator kwarcowy należy do najprzydatniejszych, a zarazem najchętniej wykorzystywanych komponentów elektronicznych. Ze względu na jego szerokie zastosowanie w projektach o różnym przeznaczeniu, a także stosunkowo prostą budowę, można liczyć także na niską cenę. Pojedyncze rezonatory to często wydatek rzędu zaledwie kilkudziesięciu groszy. Z tego względu warto wyposażyć się w zestaw komponentów tego typu – najczęściej możemy spotkać się z kompletami zawierającymi 10 sztuk, sprzedawanymi w cenie pomiędzy 6 zł a 10 zł.
Warto zaznaczyć, że rezonatory kwarcowe z obudową SMD są droższe niż standardowe układy do montażu przewlekanego (THT). Produkty umożliwiające montaż powierzchniowy (SMD) przeważnie kosztują od ok. 3 zł do ok. 5 zł za pojedynczą sztukę. Przy zakupie konkretnego modelu należy zwrócić szczególną uwagę na częstotliwość pracy rezonatora. W przypadku zegarków zazwyczaj stosuje się układy 32 kHz (dokładnie – 32 768 Hz), ale w zależności od projektu można postawić także na produkty zapewniające drgania nawet do 16 MHz.
Rezonatory kwarcowe w sklepie Botland
Rezonatory kwarcowe to jedna z wielu kategorii komponentów elektronicznych, które można zakupić w sklepie Botland. Nasza oferta obejmuje szereg propozycji o różnorodnej charakterystyce, co pozwala bez problemu dostosować swój wybór do charakterystyki i potrzeb danego projektu. Zapraszamy do zapoznania się z asortymentem Botland.
