क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र: उद्देश्य, अनुप्रयोग, कार्रवाई का सिद्धांत, उपयोग की विशेषताएं

क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र किसके लिए हैं?

माइक्रोप्रोसेसरों और माइक्रोकंट्रोलर्स के साथ पूर्ण आधुनिक डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स, घड़ी के दोलनों के बिना बस अकल्पनीय हैं। और जहां घड़ी के दोलन प्राप्त होते हैं, वहां जनरेटर और दोलन प्रणाली का संचालन होता है, और जहां दोलन प्रणाली होती है, अनुनाद घटना और गुणवत्ता कारक जैसे महत्वपूर्ण पैरामीटर दोनों आवश्यक रूप से दिखाई देंगे। यहाँ हमारा परिचय क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर (ऑसिलेटर्स) से कराया जाता है।

क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र (क्वार्ट्ज) उच्च आवृत्ति आवृत्ति के साथ विद्युत चुम्बकीय दोलनों का एक जनरेटर है, जो क्वार्ट्ज प्लेट के पीजोइलेक्ट्रिक और यांत्रिक गुणों का उपयोग करता है।

ऑपरेशन के सिद्धांत के अनुसार, क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र क्वार्ट्ज आवृत्ति स्थिरीकरण के साथ एक थरथरानवाला है। इस तरह के जनरेटर का उपयोग उपकरण, आवृत्ति और समय मानकों, क्वार्ट्ज घड़ियों, साथ ही साथ विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को मापने में अत्यधिक स्थिर मास्टर जनरेटर के रूप में किया जाता है।

क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्रों का नुकसान यह है कि यह केवल क्वार्ट्ज की गुंजयमान आवृत्ति द्वारा निर्धारित निश्चित आवृत्तियों पर उत्पन्न हो सकता है, और व्यावहारिक रूप से आवृत्ति ट्यूनिंग की अनुमति नहीं देता है।

क्वार्ट्ज अनुनाद (समानांतर या श्रृंखला) का उपयोग करने के आधार पर सभी क्वार्ट्ज गुंजयमान सर्किट को दो बड़े समूहों में विभाजित किया गया है। सबसे व्यापक क्वार्ट्ज गुंजयमान सर्किट हैं, जिसमें क्वार्ट्ज अपनी समानांतर अनुनाद आवृत्ति के करीब संचालित होता है।

तो, एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में एक क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र किसी के लिए एक अपराजेय विकल्प है दोलन सर्किटएक संधारित्र और एक प्रारंभ करनेवाला से मिलकर। आउटपुट क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्रों का उच्चतम क्यू-कारक है। जबकि एक अच्छा एलसी सर्किट 300 के क्यू-फैक्टर तक पहुंचता है, क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर का क्यू-फैक्टर 10,000,000 तक पहुंच सकता है।जैसा कि आप देख सकते हैं, श्रेष्ठता हजारों गुना है। इस प्रकार, क्यू-फैक्टर के मामले में किसी भी ऑसिलेटिंग सर्किट की तुलना क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र से नहीं की जा सकती है।

अनुनाद आवृत्ति पर तापमान के प्रभाव के बारे में कहने की आवश्यकता नहीं है। एक ही दोलन सर्किट की गुंजयमान आवृत्ति दृढ़ता से इसमें प्रवेश करने वाले संधारित्र के TKE (समाई का तापमान गुणांक) पर निर्भर करती है। दूसरी ओर, क्वार्ट्ज में बहुत अधिक तापमान स्थिरता होती है, इस कारण से क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र विभिन्न उद्देश्यों के लिए घड़ी आवृत्ति जनरेटर के लिए दोलन के स्रोत के रूप में मजबूती से अपनी स्थिति बनाए रखते हैं।

क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र कैसे काम करता है

यह समझने के लिए कि क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र कैसे काम करता है और काम करता है, यह याद रखना पर्याप्त है कि यह क्या है पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव… एक निश्चित तरीके से क्रिस्टल से काटे गए कम तापमान वाले क्वार्ट्ज (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) के स्लैब की कल्पना करें।जिस कोण पर क्रिस्टल से एक वेफर काटा जाता है, वह उत्पन्न होने वाले गुंजयमान यंत्र के विद्युत-यांत्रिक गुणों को निर्धारित करता है। निकल, प्लेटिनम, सोने या चांदी की परतें जमा कर अब इस प्लेट के दोनों तरफ इलेक्ट्रोड्स को जोड़ दिया जाता है और इनसे ठोस तार जोड़ दिए जाते हैं। पूरी संरचना को एक छोटे से मोहरबंद आवास में रखा गया है।

इस प्रकार, एक इलेक्ट्रोमैकेनिकल ऑसिलेटिंग सिस्टम प्राप्त किया गया था, जिसमें (कम तापमान वाले क्वार्ट्ज की प्राकृतिक विशेषताओं के कारण) एक पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव होता है और इसकी अपनी गुंजयमान आवृत्ति होती है।

यदि अब एक वैकल्पिक वोल्टेज इलेक्ट्रोड पर लागू होता है, जिसकी आवृत्ति परिणामी दोलन प्रणाली की गुंजयमान आवृत्ति के करीब होती है, तो प्लेट यंत्रवत् रूप से अनुबंध करना शुरू कर देगी और अधिकतम आयाम के साथ विस्तार करेगी, और पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण, करीब लागू वोल्टेज की आवृत्ति अनुनाद के लिए है, गुंजयमान यंत्र का प्रतिरोध कम होगा। यह एक उच्च आवृत्ति दोलक सर्किट के साथ एक क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र का सादृश्य है। परिणाम अनिवार्य रूप से एक श्रृंखला एलसी सर्किट के समान है।

एक क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र के लक्षण

एक क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र को एक समतुल्य सर्किट के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसमें C0 धातु केबल धारकों और इलेक्ट्रोड द्वारा गठित बढ़ते विद्युत समाई है। सी 1, एल और आर प्लेट के इलेक्ट्रोमैकेनिकल गुणों के कारण प्राप्त वास्तविक दोलन सर्किट के एनालॉग के रूप में सीधे इलेक्ट्रोड के साथ प्लेट की समाई, अधिष्ठापन और सक्रिय प्रतिरोध हैं।

यदि हम सर्किट से माउंटिंग कैपेसिटेंस C0 को बाहर कर दें, तो हमें स्पष्ट रूप से एक सीरीज ऑसिलेटिंग सर्किट मिलेगा।आरेख में गुंजयमान यंत्र के पदनाम के लिए, यह प्लेटों के बीच एक क्वार्ट्ज क्रिस्टल के प्रतीक आयत के साथ एक संधारित्र जैसा दिखता है।

सोल्डरिंग द्वारा बोर्डों पर क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्रों की असेंबली और डिसएस्पेशन की प्रक्रिया में, यह याद रखना चाहिए कि 573 डिग्री सेल्सियस से ऊपर क्वार्ट्ज का ओवरहीटिंग क्रिस्टल के पीजोइलेक्ट्रिक गुणों के नुकसान से भरा होता है।