Каталог
Кварцевый резонатор
Кварцевый резонатор — пьезоэлектрический элемент, преобразующий механические колебания кристалла кварца в электрические и обратно. Обеспечивает высокую частотную стабильность (10⁻⁶–10⁻¹¹) в диапазоне 1 кГц – 300 МГц. Основан на обратном и прямом пьезоэлектрическом эффекте.
Устройство кварцевого резонатора
Активный элемент — монокристалл α-кварца (SiO₂), вырезанный из слюдяного диска по AT-, SC-, BT-, FC-резу. Толщина или длина определяет резонансную частоту. Электроды (Au, Ag, Al) напыляются на рабочие грани (площадь 0,1–50 мм²). Корпус герметичный: металлостеклянный, керамический или пластиковый.
Конструктивные исполнения:
-
HC-49/U: цилиндр 9×4 мм, 1–30 МГц
-
HC-18/U: малогабаритный 5×2 мм
-
SMD (3225, 5032, 7050): поверхностный монтаж
-
Частотозадающие (TCXO, VCXO): термокомпенсированные
-
Двойные (Oven): термостабилизированные в термошкафу
Выводы: осевые (2, 4, 6 ножек) или SMD-контакты. Герметизация: вакуум 10⁻⁴ Па, инертный газ (N₂, He), эпоксидная заливка.
Принцип действия кварцевого резонатора
Деформация кристалла под механическим напряжением создаёт электрическое поле (прямой эффект). Электрическое поле вызывает деформацию (обратный эффект). Резонансные частоты определяются геометрией: продольные (толщина), поперечные (сдвиг), лицевые (изгиб).
Характеристики резонанса:
-
f₀ — частота собственной формы
-
fs — частота резонанса (минимум импеданса)
-
fp — частота антирезонанса (максимум импеданса)
-
Q — добротность 10⁴–10⁶
-
R — активное сопротивление 10–500 Ом
-
C₀ — ёмкость шлейфа 0,5–10 пФ
Температурная зависимость: 3-я гармоника AT-реза — параболическая кривая с минимумом при +25°C (стабильность ±1 ppm).
Основные параметры
| Параметр | Значение | Единица |
|---|---|---|
| Частота | 32,768 кГц – 300 МГц | Гц |
| Стабильность | ±0,5 ppm – ±100 ppm | ppm |
| Рабочий ток | 0,1–100 | мА |
| Напряжение | 1,8–12 | В |
| Рабочая температура | –55…+125 | °C |
| Добротность Q | 10⁴–2×10⁶ | — |
| Ресурс | 10⁹–10¹¹ | колебаний |
| Ёмкость эквивалентная | 5–50 | фФ |
Ударная прочность: 100–1000 g. Вибрация: 10–50 g.
Классификация
По типу крепления:
-
HC-49S: осевые выводы
-
SMD (3,2×2,5 – 11×4,5 мм): поверхностный монтаж
-
Калиброванные (TCXO): термокомпенсация
-
Оven (OCXO): термостабилизация ±0,01 ppm
По точности:
-
Стандартные (±20–100 ppm): бытовая техника
-
Телеком (±1–5 ppm): базовые станции
-
Военные (±0,1–0,5 ppm): авиация
-
Атомарные (±0,005 ppm): синхронизация
По частоте:
-
Низкочастотные (32,768 кГц): часы
-
Частотозадающие (1–200 МГц): процессоры
-
СВЧ (250–500 МГц): радары
Популярные серии:
| Тип | Частота, МГц | Стабильность | Корпус | Применение |
|---|---|---|---|---|
| HC-49S | 4–25 | ±50 ppm | 11×4,7 | Микроконтроллеры |
| SMD 3225 | 8–50 | ±20 ppm | 3,2×2,5 | Смартфоны |
| TCXO | 10–52 | ±0,5 ppm | 7×5 | GPS |
| OCXO | 5–20 | ±0,01 ppm | 25×25 | Базовые станции |
Свойства и характеристики
Высокая добротность Q=10⁵–10⁶ обеспечивает низкий фазовый шум (–140 дБн/Гц на 10 кГц).
Температурная стабильность AT-реза: y(T)=a(T–T₀)²+c, где a≈0,04 ppm/°C².
Старение: ±1 ppm/год (первый год), ±0,1 ppm/год после 3 лет.
Нелинейные эффекты: 3-я гармоника <–60 дБ при 10 мВт.
Механическая устойчивость: 1000 g, вибрация 20 g (10–2000 Гц).
Сферы применения
Частотные стандарты:
-
Генераторы опорных частот
-
Синхронизация сетей (GPS, GSM)
-
Базовые станции сотовой связи
Цифровая техника:
-
Кварцевые стабилизаторы микроконтроллеров
-
Часы реального времени RTC (32,768 кГц)
-
PLL-цепи, ФАПЧ
Измерительная техника:
-
Частотомеры, спектроанализаторы
-
Синхронизаторы времени
Радиосвязь:
-
Трансиверы, пейджеры
-
СВЧ-генераторы
Потребительская электроника:
-
Телевизоры, радиоприёмники
-
Часы, будильники
Военная техника:
-
Авиационные гироскопы
-
РЛС, системы навигации
Кварцевые резонаторы обеспечивают точность 10⁻⁹–10⁻¹¹ при стоимости 10–1000 руб, являясь основой современных частотных стандартов и заменяя LC-контуры в 99% схем за счёт Q-фактора в 1000–10000 раз выше.
