Resonators and Generators
(4 833)Wat zijn kwartsresonatoren, kwartsweerstanden en kwartsoscillatoren?
Een kwartsresonator is een elektronische component waarmee systemen tijd kunnen meten met grote precisie. Deze nauwkeurigheid komt door het met regelmatige tussenpozen verschijnen van elektrische pulsen die door een kwartsresonator worden geleverd. Dit verschijnsel noemen we klok met vaste frequentie. Deze elementen vindt u onder meer op ontwikkelborden van microcontrollers, in computers, tv-afstandsbedieningen, speelgoed, horloges en vele andere algemeen gebruikte elektronische apparaten. Kwartsresonatoren worden in de wandelgangen ook wel kwartsen genoemd, maar u kunt ook termen als kwartsweerstand of kwartsoscillator tegengekomen.
Soorten resonatoren
Er bestaan een aantal soorten resonatoren. De belangrijkste hiervan zijn kwartsresonatoren, maar er bestaan ook keramische resonatoren en de steeds populairdere siliciumresonatoren. Een speciaal type oscillatoren zijn klokresonatoren.
Kwartsresonatoren zijn gemaakt van een nauwkeurig geslepen kwartskristal, nl. siliciumdioxide (SiO2), dat twee pinnen heeft. Deze zijn bevestigd aan zijn met metaal bestoven delen. De verschillende eigenfrequenties van de resonator worden bereikt door de verschillende vormen en afmetingen van het kwarts dat is gebruikt bij de constructie. Keramische resonatoren hebben een vergelijkbare constructie, maar hun belangrijkste element is een ander piëzo-elektrisch materiaal dan kwarts.
Kwartsresonatoren werken op basis van het piëzo-elektrisch verschijnsel, dat het mechanisme beschrijft waarbij aan de uiteinden van een piëzo-elektrisch materiaalelement een elektrische lading (spanning) wordt opgewekt als gevolg van een erop uitgeoefende kracht, die leidt tot mechanische spanningen in het materiaal. Piëzo-elektrisch materiaal vertoont ook het omgekeerde piëzo-elektrische verschijnsel. Als er een spanningsverschil op de uiteinden wordt gezet, vervormt hij. Een kwartsresonator die in een elektronische schakeling is opgenomen, brengt deze in trilling. Door de toevoer van energie aan de schakeling veroorzaakt dit een mechanische resonantie met een frequentie die gelijk is aan de natuurlijke frequentie van het gebruikte kwartskristal. Meestal is hij verbonden met een schakeling in de vorm van een Pierce-circuit. Soms treft u kant-en-klare modules aan in de vorm van pulsgeneratoren. Ze hebben een ingebouwd elektronisch systeem en meestal 4 pinnen die verantwoordelijk zijn voor aarding en voeding, een output voor gegenereerde pulsen en een input voor de besturing.
Eigenschappen van kwartsresonatoren - nauwkeurigheid en frequentie
De nauwkeurigheid van kwartsresonatoren wordt omschreven door de eenheid ppm (parts per million). Een nauwkeurigheid van 1% is gelijk aan 10000 ppm. Hij is bijzonder belangrijk in o.a. horloges van goede kwaliteit, zodat deze niet meer dan een paar seconden per dag afwijken. Kwartsresonatoren hebben de hoogste nauwkeurigheid met een gemiddelde van enkele tientallen ppm. Dit komt in de praktijk neer op een bereik van grofweg 3 tot 100 ppm. De keramische resonatoren die tegenwoordig worden geproduceerd, hebben een zeer vergelijkbare stabiliteit, maar die begint rond de 10 ppm, terwijl klokresonatoren de 20 ppm niet overschrijden.
Houd er rekening mee dat de nauwkeurigheid en stabiliteit van de pulsen die worden gegenereerd door een kwartsresonator in hoge mate afhankelijk zijn van de temperatuur. Vanwege deze eigenschap worden resonatoren ook ingebouwd in een behuizing, met daarin een temperatuur die constant blijft dankzij een extra elektronisch circuit. Interessant is dat de frequentie van pulsen die door de resonator worden gegenereerd, zelfs kan worden beïnvloed door zijn ruimtelijke oriëntatie ten opzichte van de zwaartekrachtvector, omdat de zwaartekracht de eigenfrequentie van het kristal anders tot op zekere hoogte kan veranderen.
Naast nauwkeurigheid is bij kwartsresonatoren natuurlijk ook de frequentie van belang. Deze waarde kan variëren van enkele tientallen kilohertz [kHz] tot enkele tientallen megahertz [MHz]. Klokresonatoren blijken hier het interessantst, omdat ze praktisch in alle gevallen een frequentie hebben die gelijk is aan 32.768 kHz. Als we deze waarde delen door twee tot de vijftiende macht, krijgen we één puls per seconde: de tijdbasis van de analoge klok.
Aanduidingen van kwartsresonatoren
Als er een aanduiding op de kwartsresonator staat, gaat het meestal om de frequentie. Helaas gebeurt het dat bij kwartsresonatoren, net als bij de meeste apparaten, na verloop van tijd hun frequentieparameters enigszins wijzigen door veroudering.
Keuze van kwartsresonatoren
Kwartsoscillatoren zijn, net als vrijwel alle andere elektronische componenten, te vinden in behuizingen die zijn ontworpen voor THT-rijgmontage of SMD-oppervlaktemontage.
Bij de keuze van een geschikte kwartsresonator moet omwille van mechanische compatibiliteit rekening worden gehouden met het contactraster. Deze term wordt gebruikt om de afstanden tussen de assen van de uitgangen van elektronische componenten te definiëren, o.a. geïntegreerde schakelingen of klemmenstroken. De standaardwaarden van het contactraster omvatten meestal 0,7 mm, 1,1 mm, 2,54 mm, 4,88 mm en 5,1 mm.
Kwartsoscillatoren bevinden zich meestal in cilindrische behuizingen, HC-49, HC-49-S, HC-49/U, TC26 en TC38, allen behuizingen voor (THT) behuizingen zijn, alsmede in de behuizingen HC-49SM en HC-49SMD voor oppervlaktemontage (SMD).
Er zijn nog een aantal andere parameters waarmee u rekening moet houden, zoals de bedrijfstemperatuur, die kan variëren van ongeveer -55°C tot 150°C, het vermogen, dat voor dit type component wordt uitgedrukt in milliwatt [mW] of zelfs nanowatt [nW], maar ook de capaciteit, die kan variëren van ongeveer 6 pF (picofarad) tot 30 F.
Magazijn:
