Kvarc

A kvarckristályok igen fontos felhasználási területe a pontos frekvenciájú oszcillátor.

Jellemzői

Az egyszerűség kedvéért vegyünk egy 10 MHz-es kvarcot, amely jellemzőin keresztül bemutatásra kerül néhány konkrét érték.

A fenti ábra egy 10 MHz-es kvarc helyettesítő képét mutatja. Ebből ténylegesen visszaszámolható néhány érdekes paraméter.

Soros rezonanciafrekvencia

[math]f_s = \frac{1}{2\pi\sqrt{L_mC_m}} = \frac{1}{2\pi\sqrt{18\cdot10^{-3}\cdot0.01407\cdot10^{-12}}}=10,00085 MHz[/math]

Párhuzamos rezonanciafrekvencia (csak a kvarc)

[math]f_p = \frac{1}{2\pi\sqrt{L_m \frac{C_m \cdot C_0}{C_m+C_0}}} = \frac{1}{2\pi\sqrt{18\cdot10^{-3}\frac{0.01407\cdot10^{-12}\cdot4.5\cdot10^{-12}}{0.01407\cdot10^{-12} + 4.5\cdot10^{-12}}}} = 10,01647 MHz[/math]

Párhuzamos rezonanciafrekvencia (az ábrán látható kondenzátorokkal körbeépítve)

És hogy a dolog még bonyolultabb legyen: nézzünk rá az ábrára jobban. Látható, hogy a kvarc körbe van építve kettő darab 18 pF-os kondenzátorral, amelyet úgy is felfoghatunk, mintha két soros 18 pF-os kondi lenne párhuzamosan kapcsolva a 4,5 pF-os kondenzátorral. azaz C_pe = 9 + 4,5 = 13,5 pF-ra nőtt ezzel a kvarc párhuzamos kapacitása. Ekkor az eredő párhuzamos frekvencia:

[math]f_{pe} = \frac{1}{2\pi\sqrt{L_m \frac{C_m \cdot C_{pe}}{C_m+C_{pe}}}} = \frac{1}{2\pi\sqrt{18\cdot10^{-3}\frac{0.01407\cdot10^{-12}\cdot13.5\cdot10^{-12}}{0.01407\cdot10^{-12} + 13.5\cdot10^{-12}}}} = 10,00606 MHz[/math]

A fentiekből látható, hogy a párhuzamos rezonancia a kvarc körbeépítésével közelít a soros rezonanciához.

Jósági tényezője

[math]Q = \frac{X_L}{R_m} = \frac{2 \pi f L}{R_m} = \frac{6.283 \cdot 10^7 \cdot 18 \cdot 10^{-3}}{33} = 34272[/math]

Sávszélessége

Soros szűrőként a sávszélessége a -3 dB-es pontok közt:

[math]B = \frac{f_0}{Q} = \frac{10^7}{34272} = 291,8 Hz[/math]

Kvarc alkalmazása oszcillátorokban

Alábbiakban néhány példán keresztül kerül bemutatásra a kvarc oszcillátorokban történő felhasználása. Annyit érdemes tudni a kvarcról, hogy az alapharmonikusa mellett gyengébb amplitudóval jelen van a 3. 5. 7. harmonikus is. Amennyiben az alapharmonikust elnyomjuk, ezek egyikét pedig kiemeljük, akkor a kvarcoszcillátor a kvarcra (mint elektronikai alkatrészre) írt névleges frekvenciaérték 3-szorosán, 5-szörösén vagy 7-szeresén is felhasználható.

Soros rezonancián üzemeltetett kvarc	Párhuzamos rezonancián üzemeltetett kvarc
Colpitts oszcillátor kvarccal	Colpitts oszcillátor a kvarc felharmonikusára „kihegyezve”
Felharmonikuson rezgetett kvarc 100 MHz felett	NE602 / NE612 IC-re épülő kvarcoszcillátor

Kvarcoszcillátorok (mint építőelem)

4 lábú alkatrész formájában gyártanak kész kvarcoszcillátorokat. Néhány jellemző:

• a tokon belül található az oszcillátor, továbbá egy hőstabilizált kristályfűtés. Az állandó hőmérséklet segít a kvarcoszcillátor frekvenciájának hőfüggését kiküszöbölni.
• bekötése:
  1. Engedélyezés (plusz tápfeszre) vagy nem használt láb
  2. GND
  3. Oszcillátor kimenete
  4. +tápfesz (3,3 V vagy 5 V-os típussal találkozunk)
• 10-20 mA fogyasztása, túlnyomórészt a fűtés miatt.

• XO - Clock Oscillator
• CXO - Crystal Oscillator
• DTCXO - Digitally Temperature Controlled Crystal Oscillator
• EMXO - Evacuated Miniature Crystal Oscillator
• FCXO - Frequency Controlled Crystal Oscillator
• HPXO - High Precision Crystal Oscillator
• MCXO - Microprocessor Compensated Crystal Oscillator
• OCXO - Oven Controlled Oscillator
• OCVCXO - Oven Controlled Voltage Controlled Oscillator
• PXO - Precision Oscillator
• PXO - Programmable Crystal Oscillator
• SPXO - Simple Packaged Crystal Oscillators
• TCXO - Temperature Compensated Oscillator
• TCVCXO - Temperature Compensated Voltage Controlled Oscillator
• VCXO - Voltage Controlled Oscillator
• VCSO - Voltage Controlled Sinewave Oscillator

Kvarc alkalmazása szűrőkben

--- megírandó ---