Кварцевый резонатор: принцип работы и область применения

С момента изобретения генератора частоты прошло уже немало времени. Разработчики столкнулись с множеством проблем на этом пути. Целью проектировщиков всей планеты было создание генератора, который был бы способен выдавать на выходе стабильную частоту. Именно на ней и базируется работа цифровых устройств: компьютеров, микропроцессоров, кварцевых часов и т.д. Получение стабильной частоты, которая не зависит от таких параметров, как температура или время работы, означало прорыв в построении электронных схем и возможность проектировать новые электронные устройства. Ситуация кардинально изменилась с того момента, когда появился кварцевый резонатор. Это небольшое компактное устройство позволяет “творить чудеса” в электронике.

Схемные решения, в которых стал использоваться кварцевый резонатор, оказались настолько удачными, что это устройство прочно вошло в разряд наиболее востребованных при проектировании и разработке электронных схем. С развитием цифровых устройств наблюдается устойчивая тенденция все больше применять кварцевый резонатор. Принцип работы достаточно простой и основан на обратном пьезоэлектрическом эффекте. Иными словами, если на его выход подать переменное напряжение, то это приведет к сдвигу фаз, так как при спаде полуволны устройство начинает отдавать запасенную механическую энергию. Этот эффект и был замечен разработчиками этого удивительного элемента.

Каждый кристалл, из которого изготовлен кварцевый резонатор, обладает своими механическими свойствами. Они в свою очередь влияют на такой параметр, как частота прибора. Давайте представим, что с помощью несложной схемы мы имитируем условия, при которых будет работать прибор. Начинаем постепенно увеличивать частоту. В определенный момент мы достигнем определенного сдвига фаз между подающим напряжением, и отдаваемым кварцем. С увеличением частоты мы сможем ввести схему в резонанс – собственно, отсюда и происхождение самого названия устройства.

Миниатюрные устройства на основе резонаторов широко применяются в радиоэлектронике. Хорошим примером этому могут послужить измерительные микрозонды, гетеродины. С их помощью появились стабильные и надежные устройства. В популярной игре “ охота на лис ” используются приборы на основе этих элементов.

Всем известные кварцевые часы содержат кварцевый резонатор, который и является устойчивым источником импульсов. Подсчитывая эти импульсы можно сформировать секундный сигнал, необходимый для работы этого известного во всем мире устройства.

Современная электроника не может отказаться от применения этого удивительного прибора. Интересно, как бы стал работать ваш компьютер, если бы генератор импульсов опорной частоты в процессоре вдруг стал выдавать нестабильную частоту? Это привело бы к неправильной работе всей системы, и, скорее всего, к ее зависанию.

Так называемый резонатор кварцевый является “сердцем” практически любого цифрового прибора. Без него перестанет работать компьютер или ноутбук, не станет интернета и мобильной связи.

Также стоит отметить, что развитие этих устройств идет по пути минимизации габаритов и увеличения рабочей частоты.