Кварцевые резонаторы Arduino с доставкой

Кварцевые резонаторы

Ваш кошик порожній!

В классическом исполнении кварцевый резонатор — радиотехнический элемент, который используют для создания цепей с целью генерации электроколебаний. Кварцевый резонатор Ардуино отличается от стандартного исполнения устройств подобного рода. Он является более компактным и достаточно стабильным в работе. Поэтому нет необходимости использовать колебательный контур на основе конденсатора и катушки индуктивности. Оптимально применять кварцевый резонатор для микроконтроллера в качестве источника гармонических колебаний и обеспечения надежной замены колебательного контура.

Кварцевый резонатор: для чего нужен

Если ардуинщик имеет мало опыта, но согласно схеме нужно внедрить в проект кварцевый резонатор, что делает этот прибор ему сразу же становится понятным. В глобальном понимании резонатором называют систему, которая может совершать колебания на максимальные амплитуды в условиях воздействия разных внешних сил. Свойства прибора стали возможными благодаря заключению кварца в прочном корпусе. Это кристаллическое минеральное вещество обладает высокой прочностью и свойством пьезоэлектрика, отсюда все указанные свойства.

На современном рынке в большом разнообразии представлены кварцевые резонаторы, купить можно элементы разных размеров и форм. Габариты внутренней пластины из кварца — крайне важный показатель, от которого зависит основная частота электрических колебаний. Отсюда следующая зависимость: чем больше толщина у пластинки, тем меньше рабочая частота. В связи с этим самые высокочастотные приборы допускают не более 50 МГц — в этом случае кварц очень тонкий. Для Arduino предельная частота — 25 МГц. 

Зачастую, когда речь идет о том, чтобы приобрести кварцевый резонатор, где его найти выясняют сборщики функциональных устройств — часов, роботов или каких-либо ЧПУ. Для некоторых групп приборов подходят только определенные “кварцы”, которые имеют всегда постоянную частоту. Например:

• Кварцевый резонатор для часов — имеет частоту 32. 768 Герц. Странный размер частоты — это 2 в 15 степени. Такой элемент работает только в паре с 15-разрядной микросхемой-счетчиком. Принцип работы системы прост: как только она посчитает 32.768, выдается импульс. Резонатор в 32.768 Герца выдает импульс один раз в секунду, поэтому его называют часовым.
• Кварцевый резонатор генератор — выдающий сигнал синусоидальной формы или прямоугольнике. Последний часто используется в цифровой электронике, первый — уместен для аналитики и измерения частот.
• Кварцевый резонатор в микроконтроллерах — применяется для стабилизации работы контроллера. Для бытовых проектов подойдут низко- и среднечастотные “кварцы”, в профессиональных целях используют высокочастотные элементы.

Кварцевый резонатор: типы и преимущества

Четкой градации оборудования для проектов Arduino в настоящее время не введено. Кварцевые резонаторы купить в Украине можно с разной частотой, минимальная — 4 МГц, исключением является модель для часов. Выбор следует основывать на целях применения конечного проекта. Чем сложнее и не стабильнее цепочка, тем выше частота. Однако применение элементов выгодно по ряду причин:

• Долговечность — устройства прослужат длительное время и обеспечат стабильную и долгую работу проекта.
• Компактность — возможность кварцевый резонатор заказать для проекта любых масштабов.
• Устойчивость — сохранение целостности при негативных воздействиях.

Стабильность в широком диапазоне температур — от -10 до +15 градусов по Цельсию. Работают и при более высоких температурах, но при этом требуют контроля за стабильностью.

Многие опытные ардуинщики подбирают в базу ни один кварцевый резонатор — для чего? В комплекте с Ардуино можно создавать эффектные каскадные фильтры, которые не будут требовать ручной настройки во время эксплуатации многофункционального устройства.

Кварцевые резонаторы в Украине

Интернет-магазин Ekot предлагает кварцевые резонаторы купить в Киеве, Харькове или из любого другого города Украины с доставкой. В данном разделе каталога представлены приборы по доступной цене высокого качества. Обратите внимание, техническое описание мы разместили на каждый кварцевый резонатор, даташит также прилагается к каждой модели, так как оборудование поставляется от производителя напрямую.

Заказ оформляется в стандартном порядке — через Корзину. В нашем интернет-магазине вы можете приобрести не только кварцевый резонатор, где взять остальные элементы для создания проекта в рамках Arduino вы сможете определить с помощью удобного фильтра каталога. Выберите подходящий раздел и оформите покупку. Если у вас возникли вопросы, свяжитесь с нами любым доступным способом.

---

Кварцевые генераторы с высокой температурной стабильностью

Иванов Юрий
Котюков Александр
Никонов Аркадий
Заславский Алексей

PDF версия

16.09.202015.09.2020 Кварцевые генераторы Статьи #АО «Морион»

Температурная стабильность частоты – один из ключевых параметров кварцевых генераторов. Современные термостатированные кварцевые генераторы обеспечивают очень высокую температурную стабильность частоты вплоть до ±1E–11 в широком интервале температур –40…85°C. Столь малые величины изменения частоты требуют некоторых особенностей при измерении и, соответственно, при эксплуатации таких генераторов. В статье рассматриваются особенности эксплуатации подобных генераторов, методики измерения температурной стабильности, а также влияние на нее других факторов.

Одним из основных параметров кварцевых генераторов является температурная стабильность. Существует несколько разных методов ее обеспечения.

1. Простые кварцевые генераторы (КГ), где температурная стабильность обеспечивается только самим кварцевым резонатором за счет выбора угла среза кварцевого элемента. Температурная стабильность таких генераторов составляет ±10…15E–6 в диапазоне –40…85°C (см. рис. 1).
2. Термокомпенсированные кварцевые генераторы (ТККГ). В них имеются дополнительные элементы, которые формируют управляющее напряжение, компенсирующее зависимость выходной частоты от температуры.
   Температурная стабильность таких генераторов составляет ±1…3E–7 в диапазоне –40…85°C (см. рис. 1).
3. Термостатированные кварцевые генераторы (ТСКГ). В них кварцевый резонатор и основная часть элементов находятся в термостате, поддерживающем постоянную температуру. Температурная стабильность таких генераторов достигает ±1…5E–11 в диапазоне –40…85°C (см. рис. 1).

Рис. 1. Зависимость частоты кварцевых генераторов разных видов от температуры

Далее мы рассмотрим именно термостатированные генераторы, причем только самые высокостабильные.

Сначала детальнее остановимся на базовой конструкции термостатированных генераторов. Как уже упоминалось, в подобных генераторах все чувствительные к изменению температуры элементы находятся внутри термостата, в котором поддерживается постоянная температура (см. рис. 2).

Рис. 2. Схема конструкции термостатированного генератора

Температура внутри термостата устанавливается несколько выше (обычно на 5–15°C) верхней рабочей температуры эксплуатации генератора. Кроме того, она выбирается таким образом, чтобы температурная зависимость резонатора находилась в районе одного из его экстремумов (см. точки LTP и UTP на рисунке 3). Таким образом, обеспечивается минимальное изменение частоты кварцевого генератора в зависимости от температуры окружающей среды.

Рис. 3. Типовая зависимость частоты кварцевого резонатора от температуры

Необходимость поддержания высокой температуры термостатом приводит к следующим отличительным чертам термостатированных кварцевых генераторов:

1.  Повышенный ток потребления при включении.
   Как только температура внутри термостата достигает заданного уровня, ток потребления существенно уменьшается;
2.  Необходимость первоначального прогрева.
   Характеризуется точностью установления частоты в заданных пределах за фиксированное время, которое обычно составляет 2–5 мин при температуре 25°C и точности до ±2E–8.

Подобная базовая модель обеспечивает температурную стабильность в диапазоне ±1E–8…±5E–10 в зависимости от конструкции. Существует несколько следующих способов повышения температурной стабильности описанной конструкции:

1. Использование двойного термостата. В подобных генераторах применяется дополнительный термостат, внутрь которого помещается базовый термостат. Это достаточно эффективный способ, благодаря которому, как правило, достигается стабильность ±1E–10. Однако его применение сопряжено с неизбежными издержками, к которым относятся сравнительно большие габариты и ограничение верхней рабочей температуры эксплуатации генератора из-за необходимости установить большую разницу между рабочей температурой и температурой термостата.
2. Использование дополнительной температурной компенсации. Итоговая зависимость частоты от температуры базовой конструкции обычно носит более–менее линейный характер, что позволяет относительно просто ее компенсировать. К недостаткам этого метода относится довольно высокая крутизна итоговой зависимости частоты от температуры, что может нивелировать все преимущества. Использование этого метода применительно к термостатированным генераторам обычно позволяет увеличить температурную стабильность до пяти раз.
3. Наиболее сложный, но дающий наилучшие результаты метод «вылизывания» базовой конструкции. Он заключается в тщательном расчете и продолжительном многоитеративном процессе доработки конструкции конкретного типа генераторов для получения лучшей температурной стабильности, в т. ч. за счет понижения температурных градиентов. Благодаря этому подходу температурная стабильность достигает значений, которыми характеризуются генераторы с двойным термостатированием; при этом сохраняются габариты и, в особенности, высота базовой конструкции.

Для получения эксклюзивно высокой температурной стабильности, достигающей, например, ±1E–11, приходится в полной мере реализовать все описанные выше меры улучшения температурной стабильности.

Как при эксплуатации, так и при измерении параметров генераторов с высокой температурной стабильностью могут возникать дополнительные факторы, влияющие на температурную стабильность. Так, например, выходная частота кварцевых генераторов изменяется с течением времени. При этом крайне важно, сколько времени генератор находился во включенном состоянии. Так, у генераторов, работающих в течение нескольких недель, суточное изменение частоты составляет несколько единиц E–11, а у генераторов, включенных всего один день, эта величина равна нескольким единицам E–10. Нетрудно заметить, что такой вклад заметен при измерении температурной стабильности, тем более когда она мала и сопоставима с таким уходом. Таким образом, при оценке стоит учитывать дрейф частоты генератора. Сделать это довольно просто – необходимо выдержать генератор при некоторой постоянной температуре и фиксировать его частоту. Далее по полученным результатам строится модель ухода частоты с течением времени – для непродолжительных промежутков времени вполне хватит простой линейной модели.

Обычно при испытаниях генераторов с очень высокой температурной стабильностью нам приходится использовать несколько циклов нагрева/охлаждения, чтобы убедиться, что генератор удовлетворяет нормам по температурной стабильности.

Влияние дрейфа частоты отчетливо видно по результатам испытаний генератора ГК360-ТС производства АО «Морион».

На рисунке 4 красным цветом показана исходная характеристика, снятая в процессе измерений. Видно, что она обладает линейным наклоном, что связано со старением генератора. Синим цветом показана эта же характеристика, но с вычтенным дрейфом.

Рис. 4. Результат измерения температурной стабильности генератора ГК360-ТС производства АО «Морион» и его обработка

Как уже отмечалось, если для повышения температурной стабильности используется дополнительная компенсация, на итоговой характеристике могут присутствовать отдельные участки с заметной крутизной. Подобная ситуация не явно выражена в случае термостатированных кварцевых генераторов, но очень заметна при использовании рубидиевых генераторов.

На рисунке 5 показаны две разные зависимости частоты от температуры. В первом случае при малом изменении температуры изменение частоты также пропорционально мало. Во втором случае при малом изменении температуры частота меняется в существенно большей мере вплоть до значения температурной стабильности во всем интервале.

Рис. 5. Сравнение зависимости от температуры частоты генераторов с:
а) линейной ТЧХ;

б) сильно меняющейся ТЧХ

Кроме того, из-за компенсации или неудачной конструкции изменения частоты многократно превышают норму при быстром изменении температуры (см. рис. 6).

Рис. 6. Пример малой реакции на температурный удар для ГК360-ТС

У термостатированных генераторов с высокой температурной стабильностью форма и величина зависимости частоты от температуры при изменении их ориентации меняются с высокой вероятностью. Это происходит из-за конвекции внутри объема генератора. У правильно разработанного генератора такая зависимость должна быть сведена к минимуму и учтена при испытаниях.

Говоря о термостатированных генераторах сверхвысокой стабильности, отдельно следует упомянуть проблемы, возникающие при подстройке частоты генератора с помощью управляющего напряжения.

Наличие этой функции напрямую влияет на стабильность генератора. Когда мы говорим о столь малых величинах нестабильности, вклад перестройки становится особо остро заметен. Так, генератор без такой опции обладает большей температурной и кратковременной стабильностью, чем с этой опцией. Например, температурную стабильность генератора без перестройки можно довести до ±1E–11, тогда как с перестройкой эта величина уже составляет ±2E–11. Соответственно, при необходимости обеспечить лучшую температурную стабильность предпочтение отдается системам, в которых допустимо применение генератора без возможности перестройки частоты.

Перестройка обеспечивается либо аналоговой цепью, либо цифровой. Генераторы с цифровым управлением включают в себя ЦАП, и управление частотой осуществляется подачей кода. Управление ЦАП реализуется по протоколам I2C или SPI. При цифровом варианте управления деградация температурной стабильности минимальна, однако при изменении кода управления могут кратковременно ухудшаться нестабильность, и возрастать фазовые шумы.

Еще одним ограничением является минимальный фиксированный шаг перестройки, который зависит от разрядности ЦАП. Для 20‑бит ЦАП он составляет 5E–13…10E–13.

В генераторах с аналоговым управлением для приведения частоты к номиналу на соответствующий вход подается управляющее напряжение (см. рис. 7).

Рис. 7. Схема включения генератора с аналоговым управлением и общей землей

На земляном выводе генератора возникает падение напряжения, зависящее от протекающего тока нагревательных транзисторов термостата. При таком подключении оно попадает в цепь управления, ухудшает температурную и кратковременную стабильность частоты.

Для уменьшения этого влияния следует уменьшить сопротивление (длину) общей цепи протекающих токов питания генератора и цепи управления. Кардинальным способом является использование разных земель (см. рис. 8). Однако такой способ снижает унификацию генераторов и накладывает достаточно серьезные ограничения на схемотехнику оборудования.

Рис. 8. Схема включения генератора с аналоговым управлением с раздельными землями

Еще одним фактором, который следует учесть при эксплуатации сверхвысокостабильных генераторов, являются применяемые материалы, т. к. при соединении разнородных проводников, спаи которых находятся при разных температурах, в цепи управления возникает термоЭДС, влияющая на температурную стабильность частоты. Чем выше температурная стабильность, тем в большей мере проявляются все описанные эффекты.

Генераторы с высокой температурной стабильностью успешно применяются во многих областях, где требуется очень стабильная частота. Они даже могут посоревноваться с рубидиевыми генераторами в некоторых областях применения благодаря меньшим габаритам и потреблению. Их зависимость частоты от изменения температуры гораздо более линейна и обладает меньшей крутизной. Таким образом, при небольших изменениях температуры окружающей среды линейность существенно лучше, чем у рубидиевых генераторов.

Заметим, что, в отличие от рубидиевых, старение термостатированных кварцевых генераторов происходит быстрее, но в случае крайне малого изменения частоты при изменении температуры влияние этого эффекта можно компенсировать.

Итак, мы рассмотрели особенности конструкции термостатированных генераторов, методы улучшения температурной стабильности и некоторые особенности использования подобных генераторов.

Литература

1. John  Vig. Quartz Crystal Resonators and Oscillators. Tutorial. US Army Communications-Electronics Research, Development & Engineering Center Fort Monmouth. NJ. USA. March 2004.
2.  Kotyukov, Y. Ivanov, A. Nikonov. Precise Frequency Sources Meeting the 5G Holdover Time Interval Error Requirement. Microwave Journal. May. 2018.

Что нужно знать о кварцевых резонаторах —

• 08.11.2022
• администратор
• Новости компании

кварцевый резонатор

 

Кварцевый резонатор — это электронный компонент, использующий пьезоэлектрический эффект кварца для создания электрического сигнала с очень точной частотой. Они используются в самых разных электронных устройствах, от компьютеров и сотовых телефонов до радиоприемников и телевизоров. Хотя они могут показаться относительно новым изобретением, кварцевые резонаторы существуют уже более 100 лет. В этом сообщении блога мы рассмотрим историю кварцевых резонаторов и то, как они работают. Мы также обсудим некоторые проблемы, связанные с их производством, и способы их преодоления.

 

 

Кварцевый резонатор — это устройство, использующее пьезоэлектрический эффект кварца для создания электрического сигнала. Кварц — это минерал, который содержится во многих горных породах, включая песчаник и гранит. Когда кварц нагревается, он создает напряжение, которое можно использовать для создания электрического тока. Кварцевые резонаторы используются во многих электронных устройствах, включая часы, радиоприемники и компьютеры.

 

Кварцевые резонаторы состоят из двух пластин кварцевого кристалла с электродами на каждой пластине. Когда на электроды подается напряжение, кристаллы кварца вибрируют с очень высокой частотой. Эта вибрация создает электрический сигнал, который можно использовать для передачи информации. Кварцевые резонаторы очень стабильны и точны, что делает их идеальными для использования в электронных устройствах.

 

Как работает кварцевый резонатор?

 

Кварцевый резонатор — это устройство, использующее пьезоэлектрический эффект для создания электрического сигнала определенной частоты. Кварц — распространенный минерал, встречающийся во всем мире, и когда его разрезают на тонкие ломтики, он может очень быстро вибрировать.

 

Когда электричество подается на кварцевый кристалл, он заставляет кристалл вибрировать с очень точной частотой. Эту вибрацию можно использовать для создания электрического сигнала, который можно использовать для измерения времени или генерации частот для электронных устройств. Кристаллы кварца используются в часах, часах, радиоприемниках и компьютерах.

 

Преимущества использования кварцевого резонатора

 

Кварцевый резонатор — это устройство, использующее пьезоэлектрический эффект для создания электрического сигнала определенной частоты. Кварцевые резонаторы используются во многих электронных устройствах, таких как часы, радиоприемники и компьютеры.

 

Кварцевые резонаторы имеют много преимуществ по сравнению с другими типами резонаторов. Кварц — очень стабильный материал, поэтому кварцевые резонаторы могут поддерживать свою частоту намного лучше, чем резонаторы других типов. Кварцевые резонаторы также имеют очень высокую добротность, что означает, что они могут производить очень сильный сигнал. Кварцевые резонаторы также очень малы, поэтому их можно использовать в электронных устройствах меньшего размера.

 

Различные типы кварцевых резонаторов

 

Существует четыре основных типа кварцевых резонаторов: AT-cut, BT-cut, SC-cut и FT-cut. Резонаторы с AT-срезом обладают наилучшей температурной стабильностью, но являются самыми дорогими. Резонаторы с BT-срезом обладают хорошей температурной стабильностью и дешевле, чем AT-срез. Резонаторы с SC-срезом обладают наилучшей стабильностью частоты, но наименее термостабильны. Резонаторы с FT-срезом имеют хорошую частотную и температурную стабильность.

 

Как выбрать правильный кварцевый резонатор для ваших нужд

 

Когда дело доходит до выбора правильного кварцевого резонатора для ваших нужд, необходимо учитывать несколько вещей. Во-первых, рассмотрите приложение, в котором будет использоваться кварцевый резонатор. Существуют различные типы кварцевых резонаторов, предназначенные для разных целей, поэтому убедитесь, что вы выбрали тот, который подходит для вашего приложения.

 

Далее учитываем нужный вам частотный диапазон. Кварцевые резонаторы бывают разных частот, поэтому убедитесь, что вы выбрали тот, который будет охватывать нужный вам диапазон.

 

Наконец, рассмотрите требования к размеру и мощности вашего приложения. Кварцевые резонаторы бывают разных размеров и имеют разные требования к мощности, поэтому обязательно выберите тот, который соответствует вашим потребностям.

 

Заключение

 

Кварцевые резонаторы являются важной частью электронных устройств, и их можно найти в самых разных продуктах. Чтобы правильно выбрать кварцевый резонатор для вашего устройства, важно понимать, какие существуют типы и как они работают. Мы надеемся, что эта статья дала вам лучшее представление о кварцевых резонаторах, чтобы вы могли принять обоснованное решение о том, какой тип подходит для ваших нужд.

 

Кварцевый резонатор с обертонами — WTL

Для некоторых радиочастотных конструкций часто необходимо использовать кварцевые резонаторы на очень высоких частотах — иногда необходимо иметь возможность использовать высокую добротность и характеристики кварцевых кристаллов на высоких частотах.

Использование режима обертонов для кварцевого резонатора позволяет электронному компоненту работать на очень высоких частотах, оставаясь при этом надежным и простым в изготовлении.

Причина использования режима обертона для кварцевых кристаллов

Кварцевые кристаллы используют механические резонансы кварцевого элемента для обеспечения высокого уровня добротности и общих характеристик. Это связано с электрической цепью в результате пьезоэлектрического эффекта.

По мере увеличения рабочих частот тот факт, что механические резонансы определяют рабочую частоту, означает, что кварцевые заготовки становятся меньше.

Хотя технологии производства неизмеримо улучшились за последние годы, по-прежнему обнаруживается, что по мере увеличения частоты увеличивается стоимость обработки очень тонких заготовок и увеличивается процент брака/отказов.

Кварцевый резонатор с обертоном

В то время как наиболее очевидным методом использования кварцевого резонатора является работа на его основной частоте, работа с кварцевым кристаллом в его обертонном режиме дает некоторые явные преимущества.

Частоты обертонов в три, пять, семь и т. д. раз превышают основную частоту. Это означает, что заготовки кварцевых кристаллов могут иметь основную частоту, намного меньшую, чем конечная предполагаемая рабочая частота, что делает заготовки намного проще в изготовлении и менее хрупкими.

Для кристалла с AT огранкой эти обертоновые моды почти равны числу обертонов, умноженному на частоту основного тона. На самом деле фактическая частота обертонов больше соответствует основной частоте последовательной моды, умноженной на номер обертона.

Следует также помнить, что кристаллы могут иметь множество других режимов работы, которые можно использовать. Эти моды нежелательны и могут возбуждаться в меньшей или большей степени различными цепями. Следует соблюдать осторожность, особенно при использовании кристаллов в ненастроенных цифровых схемах, поскольку нежелательные моды могут неожиданно доминировать. Любая настройка, естественно, будет стремиться подавить эти нежелательные режимы.

Основное применение обертоновых кристаллов — это частоты выше 30 МГц и выше. Здесь кристаллы обычно колеблются в режиме сдвига по толщине, и кристаллы могут возбуждаться либо в основных, либо в нечетных обертонах. Обнаружено, что подвижная емкость C1n обертонного кристалла уменьшается. Это следует приблизительному закону, согласно которому емкость для n-го обертона равна емкости для основной частоты, деленной на квадрат числа обертонов.

При заказе резонаторов для работы в режиме обертонов необходимо уточнить это у производителя, чтобы бланк можно было отшлифовать для корректной работы на требуемой частоте. Часто у производителей есть определенная форма заказа кристаллов, и один из вопросов, на который нужно ответить, заключается в том, должен ли кристалл работать в режиме обертона.

Схемы для кварцевых генераторов обертонов

При использовании кварца в его обертонном режиме важно, чтобы конструкция электронной схемы обеспечивала работу кварцевого кристалла в его обертонном режиме, а не в его основной частоте и требуемой гармонике. выбран позже.

Причина этого в том, что гармоника основного тона и частота кварца, работающего в его обертоновой моде, будут немного отличаться. В некоторых случаях это может иметь существенное значение.

Чтобы преодолеть это, ВЧ-схема схемы должна включать настроенную схему, которая обеспечивает обратную связь в генераторе на частоте обертонов и подавляет основную частоту. Это гарантирует, что осциллятор работает на частоте обертонов, а не на основной частоте.

Обертоновые кварцевые кристаллы очень полезны во многих радиочастотных конструкциях или других приложениях общего проектирования электронных схем, где требуется стабильность и производительность кварцевого генератора на частоте, которая выше, чем та, которая может быть легко достигнута с использованием стандартного кристалла основной моды. В этих случаях стоимость кристалла обертона намного меньше, чем стоимость кварцевого кристалла, который был бы изготовлен для работы в основной моде на необходимой высокой частоте.