Krystal (elektronika)

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

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.

Obsah 1 Princip činnosti 1.1 Náhradní schéma 2 Technologie výroby 3 Přesné doladění krystalu 4 Odkazy 4.1 Související články 4.2 Externí odkazy 4.3 Literatura

[editovat] Princip činnosti

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.

[editovat] Náhradní schéma

Krystalový výbrus má několik rezonančních kmitočtů. Jednotlivým z nich odpovídají sériové rezonanční obvody C₁, L₁, R₁ až C_n, L_n, R_n. 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 ω_s a paralelní ω_p úhlový kmitočet, (tzv. rezonanci a antirezonanci). Vypočítají se podle vztahů:

a

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.

[editovat] 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.

[editovat] Přesné doladění krystalu

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).

[editovat] Odkazy

[editovat] Související články

• Oscilátor

[editovat] Externí odkazy

• (en)
• Introduction to quartz frequency standards
• Quartz crystal application notes and matching reports

[editovat] Literatura

• J. Zelenka, Piezoelektrické rezonátory a jejich použití. Praha: Academia 1983