El resonador de cuarzo es un dispositivo electrónico basado en el efecto piezoeléctrico y en la resonancia mecánica. Se utiliza en las emisoras de radio, donde fija la frecuencia portadora, en los relojes y temporizadores, registrando un intervalo de 1 segundo.
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Qué es y por qué lo necesita
El dispositivo es una fuente de oscilaciones armónicas de alta precisión. Tiene, en comparación con sus análogos, una alta eficiencia, parámetros estables.
Los primeros ejemplos de dispositivos modernos aparecieron en las emisoras de radio en los años 20 y 30 como elementos de funcionamiento estable capaces de fijar una frecuencia portadora. Ellos:
- Sustituye a los resonadores de cristal basados en la sal de segnaecio, inventados por Alexander M. Nicholson en 1917 y caracterizados por su inestabilidad;
- para sustituir el circuito de bobina-condensador que se había utilizado pero que no era muy bueno hasta 300 y se veía afectado por los cambios de temperatura.
Un poco más tarde, los resonadores de cuarzo se convirtieron en parte integrante de cronómetros, relojes y relojes. Componentes electrónicos con una frecuencia de resonancia intrínseca de 32768 Hz, que en un contador binario de 15 dígitos fija el intervalo de tiempo en 1 segundo.
Los dispositivos se utilizan hoy en día en:
- relojes de cuarzo, lo que les confiere precisión independientemente de la temperatura ambiente;
- Instrumentos de medición que les garantizan una gran precisión;
- ecosondas marinas utilizadas en las prospecciones y para cartografiar los fondos marinos, fijar los arrecifes, los bancos de arena y localizar objetos en el agua
- circuitos correspondientes a los osciladores de referencia sintetizadores de frecuencia
- circuitos utilizados en las indicaciones de ondas de BLU o de señales telegráficas;
- radios con una señal DSB en una frecuencia intermedia
- filtros paso banda Receptores de tipo superheterodinoSon más estables y robustos que los filtros LC.
Los dispositivos están disponibles en diferentes carcasas. Se dividen en pasantes, utilizados en el montaje volumétrico, y SMD, utilizados en el montaje superficial.
Su funcionamiento depende de la fiabilidad del circuito de conmutación, que afecta:
- desviación de la frecuencia del valor requerido, estabilidad de los parámetros
- índice de envejecimiento del dispositivo;
- la capacidad de carga.
Propiedades del resonador de cuarzo
Supera a los análogos anteriores, lo que hace que el dispositivo sea indispensable en muchos circuitos electrónicos, y explica el alcance del dispositivo. Prueba de ello es que en la primera década desde su invención se han producido más de 100.000 unidades en Estados Unidos (sin contar otros países).
Entre las propiedades positivas de los resonadores de cuarzo, que explican la popularidad, la demanda de los dispositivos:
- buen factor de calidad, cuyos valores - 104-106 - superan los parámetros de los análogos utilizados anteriormente (tienen un factor de calidad de 300);
- pequeñas dimensiones, que pueden medirse en fracciones de milímetro;
- resistente a las fluctuaciones de temperatura;
- larga vida útil;
- facilidad de fabricación;
- posibilidad de construir filtros en cascada de alta calidad sin necesidad de ajuste manual.
Los resonadores de cuarzo también tienen desventajas:
- Los elementos externos permiten ajustar la frecuencia en un rango estrecho;
- tienen una construcción frágil;
- no toleran el calor excesivo.
Principio de funcionamiento del resonador de cuarzo
El dispositivo funciona sobre la base del efecto piezoeléctrico, que aparece en una placa de cuarzo, y a baja temperatura. El elemento se corta de una sola pieza de cristal de cuarzo, observando un ángulo predeterminado. Este último determina los parámetros electroquímicos del resonador.
Las placas están recubiertas por ambas caras con una capa de plata (son adecuadas las de platino, níquel y oro). A continuación, se fijan firmemente en una carcasa que se sella. El aparato es un sistema oscilante que tiene su propia frecuencia de resonancia.
Cuando los electrodos se exponen a una tensión alterna, la placa de cuarzo, que tiene propiedades piezoeléctricas, se dobla, se comprime, se desplaza (según el tipo de elaboración del cristal). Al mismo tiempo, aparece en él un contrafase, como en una bobina inductora en un circuito oscilante.
Cuando se aplica una tensión a una frecuencia que coincide con la oscilación natural de la placa, se produce una resonancia en el dispositivo. Al mismo tiempo:
- el elemento de cuarzo tiene un aumento de la amplitud de oscilación;
- la resistencia del resonador se reduce considerablemente.
La energía necesaria para mantener la oscilación es baja cuando las frecuencias son iguales.
Marcado de un resonador de cuarzo en un diagrama de circuito
El dispositivo se designa de la misma manera que un condensador. Diferencia: Entre los segmentos verticales hay un rectángulo - el símbolo de una placa hecha de cristal de cuarzo. Un hueco separa los lados del rectángulo y las tapas del condensador. El símbolo QX puede aparecer junto a él en el diagrama.
Cómo probar un resonador de cuarzo
Los problemas con los dispositivos pequeños ocurren si reciben un golpe fuerte. Esto ocurre cuando los dispositivos que contienen resonadores se caen. Estos últimos fallan y deben ser sustituidos en la misma línea.
La comprobación del buen funcionamiento de un resonador requiere un comprobador. Está montado sobre la base de un transistor KT3102, 5 condensadores y 2 resistencias (el dispositivo es similar a un oscilador de cuarzo montado sobre un transistor).
El dispositivo debe conectarse a la base del transistor y al polo negativo en las conexiones del cableado, protegiendo el dispositivo con un condensador de protección. La alimentación del circuito de conmutación es de 9V constantes. El lado positivo está conectado a la entrada del transistor, a su salida a través de un condensador - un frecuencímetro, que registra los parámetros de frecuencia del resonador.
El circuito se utiliza cuando se ajusta el circuito de oscilación. Cuando el resonador está en buen estado, emite oscilaciones al conectarlo, lo que hace que aparezca una tensión alterna en el emisor del transistor. La frecuencia de la tensión coincide con la del resonador.
El aparato es defectuoso si el frecuencímetro no registra la aparición de la frecuencia o detecta la presencia de la frecuencia, pero ésta - o es muy diferente de la nominal, o cuando la caja se calienta con un soldador, cambia mucho.
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