Что такое кварцевый генератор?

Кварцевый генератор представляет собой электронную схему, которая генерирует сигнал с частотой, определяемой кристаллом кварца, образованным из кремния и кислорода. Пьезоэлектрическое свойство кварца делает его очень хорошим резонатором от десятков килогерц (кГц) до сотен мегагерц (МГц). Генератор кварцевого кристалла обычно предназначен для работы только на одной точной частоте. Эти генераторы используются для создания стабильных частот в сотовых телефонах, приемниках Глобальной системы позиционирования (GPS) и двусторонней радиосвязи. Они также используются для точного хронометража часов, компьютеров и другого электронного оборудования.

Кристалл пьезоэлектрического материала, такого как кварц, может слегка изменить форму при подаче напряжения на электрод на кристалле. Как только это напряжение будет снято, кристалл может вернуться к своей первоначальной форме и генерировать напряжение при этом. Обнаруженное в 1880 году и названное пьезоэлектричеством, это свойство имеет решающее значение для работы генератора. Со временем были проведены эксперименты с различными кристаллическими материалами, а первый кварцевый генератор был собран в конце 1910-х годов. С 1920-х годов кварцевые кварцевые генераторы часто используются в часах, а также в любительском, коммерческом и военном радиооборудовании.

При первом включении кварцевого генератора схема вводит случайный шумовой сигнал в кристалл. Часть этого шума всегда будет на резонансной частоте кристалла, что заставляет кристалл колебаться. Напряжение, создаваемое кристаллом при его изменении формы, усиливается схемой кварцевого генератора и возвращается обратно в резонатор кристалла. Когда этот процесс повторяется, сигналы в ограниченной полосе частот кристалла станут сильнее, в то время как другие частоты будут отфильтрованы. Как только этот период «прогрева» завершится, генератор будет работать точно на своей проектной частоте.

Форма, размер и срез кристалла кварца определяют, насколько быстро он расширяется и сжимается. Кварцевый генератор может работать с такой скоростью, называемой его резонансной частотой. Он также может работать с частотой обертона, кратной резонансной частоте. В то время как кристаллы кварца естественным образом встречаются в окружающей среде, очень большое количество производится для увеличения выхода и поставки физически пригодных кристаллов.

На выходную частоту кварцевого генератора могут влиять различные внешние факторы, включая температуру и даже внезапное ускорение. Излучение также влияет на частоту, будь то от космических лучей космического корабля, рентгеновских лучей или импульса ионизирующего излучения. Некоторые из этих факторов могут быть компенсированы дополнительной схемой, которая контролирует условия и соответствующим образом регулирует выходной сигнал генератора. Некоторые кварцевые генераторы включают в себя печь с точным управлением и кристаллом внутри, чтобы компенсировать изменения температуры. Кристаллы кварца также могут быть «подметены» или защищены от радиации путем обжига в специальной атмосфере и электрическом поле.