Ceva despre rezonatorii cuarțului
Rezonatoare cuarț. Elemente care permit receptoarelor și transmițătorilor să "vorbească aceeași limbă", mai exact, "pe aceeași lungime de undă". Mai devreme sau mai tarziu, fiecare model RC-shnik trebuie sa faca fata acestor componente radio fragile si licitatoare. Și fiecare modelar ar trebui să știe cum să aleagă setul optim de cuarț pentru echipamentul său.
Cristalul de cuarț are o proprietate foarte interesantă, care în fizică se numește "efect piezoelectric". Este capabil să se deformeze sub influența unei tensiuni electrice aplicate pe fețele laturii cristalului. Dimpotrivă, atunci când cristalul este deformat sub influența unei forțe mecanice exterioare, apare o diferență de potențial pe fețele laturii cristaline. În același timp, un cristal de cuarț chimic pur, tăiat de-a lungul axelor laturii cristaline pe plăci sau blocuri subțiri, are proprietăți rezonante pronunțate. Aceste două caracteristici ale plăcilor de cuart și se află în inima unui dispozitiv radio electronic, numit rezonator cuarț. Când frecvența aplicată la cuarț de curent alternativ de tensiune înaltă frecvență la una din propria frecventa de rezonanta mecanica a fenomenului de rezonanță electromecanic apare, ceea ce conduce la o creștere bruscă a conductivității electrice, și mai precis, pentru a schimba rezistența dinamică a cristalului.
cristale de cuarț pot fi de diferite modele, au diferite „pachete“ (diferite tipuri de clădiri - din material plastic, sticlă, metal, în toate formele și dimensiunile), dar toate sunt proiectate pentru a stabiliza frecvența de dispozitive electronice de radio. Suntem interesați în primul rând de acele soiuri de rezonatoare de cuarț care sunt folosite în echipamentele RC. Deci, care parametri specifici caracterizează un rezonator cuarț sau, cum se spune, de obicei, "cuarț"?
În primul rând, aceasta este frecvența rezonantă. Industria produce cuarț la frecvențe de rezonanță de la sute de hertzi la sute de megaherți. Cuarțul, conceput pentru a funcționa în domeniul de joasă frecvență, rezonează de regulă pe armonica fundamentală "fundamentală". Cristalul inițial (de regulă artificial) atunci când se fabrică astfel de rezonatoare este tăiat paralel cu una dintre axele rețelei de cristal. Pentru rezonatoare cu frecvență mai mare, cristalul este tăiat de-a lungul altor axe, în timp ce cuarțul "armonici", adică cele care sunt proiectate să funcționeze la cele mai înalte frecvențe, până la 150 - 300 MHz, sunt realizate cu mare atenție, folosind o tehnologie sofisticată bazată pe date de cristalografie. După tăierea și prelucrarea conturului piesei de prelucrat, straturile subțiri de argint sunt aplicate pe fețele sale definite prin metoda depunerii în vid. Apoi cuarț montat în suport cip (pur și simplu - prin lipire în definite strict în ceea ce privește stratul de argint sputtered sârmă primăvară subțire de argint sau aliaj de aur) și întreaga structură este plasată într-o incintă etanșă din care aerul este pompat și umplut cu un gaz inert. Toate aceste dificultăți sunt necesare pentru a asigura o stabilitate pe termen lung a parametrilor electromecanici ai rezonatorului. Evident, un astfel de design complex și "elegant" nu poate fi foarte puternic. De aceea, cu cuart este necesar să se ocupe extrem de precis, protejându-i împotriva șocurilor accidentale și a vibrațiilor puternice.
Să ne întoarcem la frecvența rezonantă. Așa cum am menționat deja, în principiu depinde de geometria plăcii. În special, cuarțul de precizie (ultra-precis) în procesul de producție este "reglat" la frecvența dorită prin placa "prililovki", prin pulverizare suplimentară sau prin gravarea stratului deja conductiv de pulverizare. Acest proces poate dura câteva zile sau chiar săptămâni. Se poate presupune doar costul de ieșire al unui astfel de dispozitiv de precizie. În producția în masă de rezonatoare, desigur, nu se adaptează. Atunci când se pregătește pentru eliberarea unui lot la o anumită frecvență, dimensiunile de bază ale semifabricatelor sunt determinate din hărțile cristalografice, se calculează grosimea stratului depus și la sfârșitul întregului ciclu tehnologic întreg lotul este trimis pentru sortare.
Să presupunem că un lot de cuarț în cantitate de 5.000 de bucăți este produs la o frecvență de proiectare de 10.000.000 Hz. Conform toleranțelor, cuarțul este "referință", adică Frecvența de proiectare poate avea o deviere (răspândire) de nu mai mult de 0.00001%. La frecvența noastră de 10 MHz este +/- 1 Hz. Un astfel de cuarț în partid a scris doar 50 de bucăți, sau chiar mai puțin. Ei, în cele din urmă, vor fi cei mai scumpi. Bucăți de 100 - 200 "se vor potrivi" în intervalul +/- 10 Hz față de frecvența "zero". Aceste cuarțuri vor fi, de asemenea, costisitoare. 2.000 - 3.000 cuarț va fi cu o toleranță de +/- 100 Hz, acesta este așa-numitul standard "extras". Fiecare dintre aceste rezonatoare va fi de 50 de ori mai ieftin decât cele "zero". Un alt cuarț de 1.000 va avea o răspândire de +/- 500 Hz, aproape o căsătorie. Și restul la prima sortare este doar o căsătorie. Nu am facut o rezervare - la prima sortare. În viitor, cuartul respins va fi mutat în mod repetat. La urma urmei, cineva ar putea avea nevoie de cuarț pentru o frecvență de 9.998.731 Hz sau 10.003.194 Hz. Dar nimeni nu va face în mod special astfel de "curbate" rezonatoare, aici ele sunt alese din cele "respinse". Desigur, de fapt sortarea se face puțin diferit.
Cuarțul are câțiva parametri importanți, care nu pot fi spuse. Vom enumera doar câteva dintre ele, fără a intra în detalii.
Termostabilitatea este dependența frecvenței cuarțului de temperatura. Este clar că cu cât frecvența este mai mică cu temperatura, cu atât mai bine. Instabilitatea pe termen lung - îmbătrânirea cuarțului (deși, cu adevărat vorbind, cuarțul "vechi", ca un cal, "brazda nu se va strica", pentru că el deja "a bătut").
Factorul Q este raportul dintre frecvența de rezonanță și banda de trecere. Având cel mai înalt Q din Q
100,000 - 10,000,000 (compară: LC-Q a circuitului rezervor nu depășește de 100, cu piezoceramic -1.000), cristale de cuarț au, de asemenea, o stabilitate la temperatură ridicată și instabilitate scăzută pe termen lung a frecvenței (0.000001 - 0.00000001 10 - 25 ani).
Și, desigur, abilitatea de a rezona la armonici mai mari. Acest parametru este denumit uneori "modul" de generare. Și, deși cuartul este produs pentru toate armonicile ciudate (moduri) de la 1 la 9 (și chiar 11 la 13), suntem interesați doar de cei care lucrează stabil pe armonica a treia.
Astfel, aproximativ 5 x 12 x 14 mm, cu un știft rigid de 1,0 mm în diametru și 6 mm lungime RC-aparat foloseste cristale de cuarț miniaturale într-o dimensiune a corpului de metal plane. Toate cuarțurile RC funcționează pe armonica a treia. Și dacă frecvența de 40.685 MHz este indicată în cazul cuarțului - aceasta este frecvența celei de a treia armonici. În plus, întregul cuarț marcat este marcat cu numărul canalului de frecvență. De exemplu, canalul de cuarț 81 pentru transmitatoare FM sunt etichetate ca 81 FM Tx (sau T -Transmitter, transmițător) 40.815, cuartul și receptoare - 81 FM Rx (sau receptor, receptor) 40.815. Uneori, în loc de FM indicați SSM - acest marcaj se găsește pe hardware-ul german Graupner. În plus, pe cuarț pentru receptoare indică care "sistem" receptor: cu una sau două conversii de frecvență. Cuarțul pentru echipamentul PPM și PCM nu este diferit de celălalt și de obicei este interschimbabil. Cuarț pentru echipamente AM în loc de FM sau SSM sunt etichetate ca AM. De asemenea, nu există o diferență fundamentală între cuarț pentru echipamente AM și FM. Adevărat, cuarțul AM, conform estimărilor noastre, are o răspândire mai largă a frecvenței și vom mai spune mai multe despre acest lucru în detaliu.
Atenție vă rog! Trebuie avut în vedere că numerele din marcajul RC-cuarț indică frecvența la care este transmis semnalul (adică frecvența "canalului"). În consecință, frecvența indicată pe marcaj este valabilă numai pentru cuarțul pentru transmițătoare! Frecvența reală a rezonanței armonice a cuarțului recepționat este de obicei mai mică (mai mică) de 455 kHz decât cea indicată în cazul său. Acest lucru este valabil pentru receptoarele cu o conversie de o singură frecvență. Frecvența cuarțului pentru un receptor cu dublă conversie este mai mică decât frecvența de operare a transmițătorului (și frecvența indicată în marcaj) cu 10,7 MHz! În plus, trebuie avut în vedere faptul că unele tipuri de echipamente sunt construite pe principiul multiplicării frecvenței intermediare. Aceasta înseamnă că transmițătorul principal generează un semnal cu o frecvență de două sau trei ori mai mică decât frecvența canalului (frecvența indicată pe carcasa RC-cuart). iar în etapele ulterioare, frecvența se înmulțește în numărul necesar de ori. Deci, nu-ți închipui ochii.
Deasupra am considerat un exemplu de sortare cuarț pentru o frecvență de 10.000.000 Hz. În mod similar, are loc sortarea și selectarea cuarțului pentru orice altă frecvență cu "întreg" kHz, de exemplu, la 13.560 kHz sau 13.565 kHz. Dar cuarțul pentru frecvența de 13561666,667 Hz (aceasta este frecvența primei armonici a cuarțului pentru un transmițător cu 52 de canale) nu este cu siguranță eliberat în mod specific, ci este selectat din numărul celor respinse. De aceea nu există practic nici un cuarț RC care să genereze exact la frecvența indicată în frecvențele rețelei. Există întotdeauna o mică "decolare" într-o direcție sau alta. În practică, acest run-up poate ajunge la +/- 1 - 2 kHz și uneori chiar la +/- 5 kHz! Cât de teribil este? Dacă frecvența heterodyne a receptorului este "mutată" în aceeași direcție și cu aceeași cantitate ca și cuarțul transmițătorului, nu este absolut înfricoșător. Cel mai important lucru este că acest "run-out" nu ajunge la frecvența canalului adiacent, pe care poate funcționa echipamentul prietenului tău.
Atunci când se analizează diagrama bloc a receptorului în articolul "Recepția și decodificarea dispozitivelor RC", am aflat că diferența dintre frecvența emițătorului și frecvența oscilatorului local cu IF standard trebuie să fie de 455 kHz. Aceasta este o opțiune ideală. În condiții reale, acest lucru este dificil de realizat. Și dacă este necesar? Să vedem răspunsul de frecvență al unui filtru piezo real la o frecvență de 455 kHz cu o lățime de bandă de +/- 3 kHz (acesta este un filtru foarte bun).
Fig. Spectrogram de semnale la intrarea filtrului IF
Pe spectrogram, răspunsul de frecvență al unui filtru piezoelectric de tip CFWM455H este afișat în negru. Culoarea roșie arată "spectrul" semnalului transmițătorului, frecvența purtătoarei care diferă de frecvența oscilatorului local exact la 455 kHz. Desigur, acest semnal are condițiile cele mai favorabile pentru a trece "cursul de obstacole" - filtrul IF. Culoarea albastră indică semnalul transmițătorului, a cărui frecvență diferă de frecvența oscilatorului local cu 456,5 kHz, adică 1,5 kHz este mai mult decât optimă. Fără îndoială, acest semnal va trece de asemenea prin FPCH, va fi demodulat și decodat de către decodor. Funcționarea simultană a emițătoarelor "roșii" și "albastre" este inacceptabilă. va duce la interferențe reciproce. Dar semnalul "verde" (la 5 kHz sub cea optimă) probabil că nu va ajunge la decodor, dar va împiedica foarte mult atât "roșu", cât și "albastru". Și numai semnalul "galben", care este la 10 kHz distanță de frecvența centrală, în ciuda nivelului superior și a spectrului mai larg, va fi "peste bord" și nu interferează cu funcționarea oricărui alt semnal.
Experimentele actuale cu mai multe seturi de echipamente Futaba FC-18V3 +, attak-4, Graupner MC-314 și Hitec Focus în intervalul de 40 MHz operabilității arătat seturi toate testate la un „detuning“ receptor relativ cuarț și transmițător la 2,5 kHz. Cel mai "inconfortabil" a fost receptorul din kitul Hitec Focus - a continuat să lucreze cu încredere cu cuarț "detuning" la 4,5 kHz. Marcarea pe filtrul piezo la acest receptor a fost șters și nu cunoaștem lățimea de bandă efectivă FPR. Cel mai probabil, filtrul M455 cu ultima literă F sau I a fost instalat acolo. Pur și simplu nu fiți lăudați de o astfel de "nepăsare". Lărgimea de bandă largă a FPCH, care face posibilă utilizarea cuarțului cu o abatere de frecvență mare, agravează puternic imunitatea sonoră a receptorului. Mai devreme sau mai târziu, acest lucru va determina receptorul să "prindă" semnalul de interferență, iar apoi va rezulta defecțiunea hardware și pierderea modelului.
In timpul experimentelor, a fost dezvăluit două cuarț, a cărui frecvență este „plutit“ foarte semnificativ în timpul încălzirii (rata decelerare după 20 minute de încălzirea în modul de operare la unul din cuarț a fost de 13 kHz, al doilea - aproximativ 23 kHz). După cum se spune, pe un astfel de cuarț este posibil să zboare, dar nu va fi posibilă aterizarea după câteva minute de zbor. Câteva cuarțuri nu au avut un rezultat atât de semnificativ, dar și vizibil, de la încălzire, care se numește "pe marginea unui fault" - în intervalul 3-5 kHz. În corectitudine, observăm că singurul cuarț „speciale“ de la Futaba FC-18, nu a provocat critici serioase - „detuning“ relativă și absolută a nu mai mult de 800 Hz. Acest lucru confirmă ipotezele noastre că modelele "grave" de echipament sunt "împachetate" cu componente "grave".
Frecvențele de cuarț din experimentele noastre au fost măsurate prin contorul de frecvență 33-34 într-un mod fără contact, adică tulburările externe au fost minimizate. Ca o "antena de recepție" am folosit o secțiune dintr-o sârmă convențională cu lungimea de un metru și jumătate, conectată la intrarea "B" a contorului de frecvență. Distanța dintre antena emițător și frecvența a fost de 15 - 20 cm, în total au fost testate mai mult de 30 de producători diferiți de cuarț, de la diferite tipuri de echipamente și canale diferite .. Toate cuarțul a fost testat în toate seturile de echipamente pe principiul "fiecare cu fiecare".
Rezumând, putem trage concluziile următoare:
Detunarea relativă maximă a cutiei de transmițător și receptor nu trebuie să depășească 455 +/- 2,5 kHz.
Decalarea sincronă a cuarțului transmițător și receptor cu privire la frecvența canalului "de referință" nu are o semnificație importantă și poate ajunge la 5 kHz. Cu un detuning mai mare, acesta va fi deja un alt canal (în apropiere). Un dezavantaj al acestui tip de „nepotrivire“ trebuie considerată un risc crescut de interferență cu funcționarea simultană a celor două seturi de echipamente pe canalele adiacente (sau „prin“ canal).
Cele mai multe cuarțuri ale oricărui producător sunt potrivite pentru orice tip de echipament și sunt interschimbabile.
Trimiteți-le prietenilor: