Krystal (elektronika)

5. listopadu 2008 v 16:29 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Krystal (elektronika)


Krystaly pro různé kmitočty
Krystal je pasivní elektronická součástka používaná v elektronických obvodech jako rezonátor s velmi přesnou a stabilní rezonanční frekvencí. Používá se jako frekvenční filtr v rádiových přijímačích, v přesných oscilátorech například ve vysílačích, v elektronických hodinách a hodinkách, pro taktování procesorů v počítačích a dalších zařízeních spotřební elektroniky.

//<![CDATA[ if (window.showTocToggle) { var tocShowText = "zobrazit"; var tocHideText = "skrýt"; showTocToggle(); } //]]>


Princip činnosti

Krystalový výbrus pro ohybové kmity a krystal po otevření pouzdra
Některé krystalické látky vykazují piezoelektrický jev. Ten se projevuje tak, že při mechanickém namáhání krystalu ve správném směru se na něm (zpravidla v kolmém směru) objeví elektrické napětí a naopak po přiložení elektrického napětí se krystal mechanicky deformuje.
Jestliže z takové látky vyrobíme tenkou destičku, opatříme ji elektrodami a na ně přiložíme střídavé napětí, destička se rozkmitá. Kmity destičky budou nejsilnější, pokud najdeme kmitočet na kterém destička mechanicky rezonuje. Mechanická rezonance destičky se promítá i do elektrických parametrů součástky, takže z pohledu obvodu, ve kterém je zapojen, se krystal chová jako velmi kvalitní elektrický rezonanční obvod.

Náhradní schéma

Náhradní schéma krystalového rezonátoru.
Krystalový výbrus má několik rezonančních kmitočtů. Jednotlivým z nich odpovídají sériové rezonanční obvody C1, L1, R1 až Cn, Ln, Rn. Kapacita C0 odpovídá kapacitě mezi elektrodami na výbrusu a její velikost je typicky kolem 10 pF.
Pokud uvažujeme jeden konkrétní rezonanční kmitočet krystalu, můžeme schéma zjednodušit pouze na C0 a jeden rezonanční obvod C1, L1, R1.
Hodnoty součástek C1, L1, R1 se pohybují v širokém rozmezí, podle typu výbrusu a zvoleného rezonančního kmitočtu.
Každá rezonance krystalu má svůj sériový ωs a paralelní ωp úhlový kmitočet, (tzv. rezonanci a antirezonanci). Vypočítají se podle vztahů:
\omega_s = \frac{1}{\sqrt{LC}}
a
\omega_p = \sqrt{\frac{1}{\sqrt{LC}}\left( 1 + \frac{C}{C_0}\right)}
Krystal křemene (klencová krystalická soustava) s naznačeným jedním typem výbrusu.
Protože kapacita C0 je výrazně větší než C1, leží oba rezonanční kmitočty těsně vedle sebe. V oblasti mezi rezonancemi krystal pro obvod představuje na kmitočtu závislou indukčnost, mimo tuto oblast pak na kmitočtu závislou kapacitu.
Krystalové rezonátory se vyrábějí téměř výlučně z krystalu křemene SiO2, protože dosahuje vynikajících elektrických parametrů a dlouhodobé časové i teplotní stability rezonančního kmitočtu. Frekvence kmitání křemenného krystalu je 32 768 Hz.

Technologie výroby

Z krystalu křemene se v přesně určených směrech řežou a přesně vybrušují tenké destičky. Směr řezu a rozměry destiček určují typy rezonancí, kterých výbrus může dosáhnout a jejich rezonanční kmitočty.
Na přesný výbrus se pak napaří tenké stříbrné nebo zlaté elektrody jejichž tvar je závislý na požadovaném typu rezonance. Na tyto elektrody se vhodným způsobem nakontaktují vývody a krystal se uzavře do kovového pouzdra.
Krystaly se speciálními požadavky na stabilitu bývají uzavřeny do speciálního evakuovaného pouzdra nebo se umisťují do termostatu, aby kmitočet nebyl závislý na teplotě.

Přesné doladění krystalu

Typy kmitů krystalových výbrusů
Ačkoliv se krystal vyrábějí s širokém sortimentu hodnot a s vysokou přesností, může v případě některých malosériových nebo kusových konstrukcí vzniknout potřeba změnit jejich parametry. V malém rozsahu se k tomu používá technika jódování, spočívající ve snížení rezonanční frekvence systému krystal-elektroda-vývod difúzí jódových par do stříbrného polepu. Opačný postup, spočívající ve zvýšení rezonanční frekvence škrábáním stříbrné metalizace se již nepoužívá, neboť hrozí poškození krystalu a pronikavé snížení Q takto upraveného krystalu.
K doladění celého obvodu se používá také paralelní kondenzátor s proměnnou kapacitou (trimr).
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Anketa

Jaký Internetový vyhledávač používáte?

Google 22.8% (134)
Seznam 16.5% (97)
Atlas 16.7% (98)
Centrum 13.1% (77)
Slunečnice 17% (100)
idnes 13.8% (81)

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama