керамические резонаторы что это

Керамический резонатор

Оглавление

функциональность

Керамические резонаторы колеблются как осциллятор сдвига по толщине над продольной осью керамики. Для частот выше 8 МГц для синхронизации цепи используется 3-я гармоника резонанса.

Строительство и производство

Микроструктура спеченной керамики, полученной таким образом, теперь представляет собой поликристаллический материал, кристаллиты которого содержат белые области (домены), элементарные диполи которых выровнены параллельно, но чье выравнивание статистически распределено по всему материалу. Если этот материал теперь подвергается механическому воздействию, в нем происходят сдвиги зарядов из-за деформации, в результате чего свободные заряды возникают на границах раздела кристаллитов. Из-за статистического распределения доменов по направлениям, если бы все спеченное тело подвергалось механической нагрузке, сумма всех сдвигов заряда была бы равна нулю. По этой причине при изготовлении керамических резонаторов материал после спекания поляризуется, то есть выпрямляются домены в целом. Это достигается путем приложения сильного внешнего постоянного поля при температурах чуть ниже температуры Кюри, составляющей около 340 ° C. Эта поляризация также приводит к (небольшому) изменению длины спеченного тела. После охлаждения электрические диполи сохраняют направление поляризации (остаточную поляризацию), обусловленное постоянным полем, и материал имеет желаемые пьезоэлектрические свойства.

Покрытие керамического резонатора имеет особенность. Спеченное тело должно иметь возможность механически свободно и, по возможности, без демпфирования. Для этого на пьезокерамику с электродами и соединениями сначала можно нанести слой воска. Затем на тело наносится пористое пластиковое покрытие, которое отверждается. Во время последующего нагрева он всасывает воск, и резонатор может свободно вибрировать внутри своей оболочки.

Особенностью керамических резонаторов является то, что выведены две нагрузочные емкости. Это связано с тем, что металлизированные торцевые поверхности керамики с металлизацией, расположенной по центру керамического тела, образуют два последовательно соединенных конденсатора, центральное соединение которых может быть выведено.

Электрическое поведение

Условное обозначение керамического резонатора с емкостной связью

Источник

Керамические резонаторы Murata

Компания Murata выпускает огромный ассортимент радиоэлектронных компонентов, на основе керамических материалов. В статье рассказывается о керамических резонеторах, использующих пьезоэлектрические свойства керамики.

Компания Murata была основана в 1944 году и изначально являлась производителем керамических конденсаторов. Со дня своего основания компания значительно расширила ассортимент выпускаемой продукции — это конденсаторы и резисторы, EMI-фильтры, керамические резонаторы и многое другое. Отличительной особенностью продукции фирмы является то, что большинство изделий изготовлено на основе керамики. Компанией в полной мере используются удивительные свойства керамических материалов, что позволяет ей создавать высококачественную продукцию, признанную многими специалистами во всем мире. Керамика — это материал, похожий на обоженную глину, изготовляемый путем спекания в специальных печах различных, очищенных на атомарном уровне, материалов. Путем добавления различных примесей, изменением температуры и атмосферных характеристик процесса обжига можно менять свойства керамических материалов, что, в свою очередь, дает практически безграничный простор для деятельности.

Керамические технологии Murata всеобъемлющи. Применение революционных технологий, ежегодная регистрация нескольких тысяч патентов, связанных с усовершенствованием и развитием производственного процесса — все это ставит компанию Murata в мировые лидеры и говорит о ее технологической мощи.

Статья является продолжением начатого цикла публикаций о продукции Murata, в ней речь пойдет об изделиях, использующих пьезоэлектрические свойства керамики, в частности, о керамических резонаторах.

Процесс разработки резонаторов на основе пьезоэффекта в керамике принадлежит фирме Murata и запатентован под товарным знаком Ceralock®.

Керамический резонатор Murata Ceralock

В основе разработки используется явление механического резонанса в пьезоэлектрической керамике. Приложение электрического потенциала к керамической пластине вызывает ее деформацию и наоборот, деформация керамики приводит к появлению на поверхности пластины электрических зарядов. Приложение переменного электрического потенциала приведет к возбуждению механических колебаний керамической пластины. Если частота этих колебаний близка к частоте собственного механического резонанса керамической пластины, то амплитуда колебаний значительно возрастает, увеличивается величина зарядов, обусловленных пьезоэффектом. В этом случае керамический резонатор, включенный в электрическую цепь, проявляет себя эквивалентно колебательному контуру. В зависимости от того, в какой плоскости пластины происходит резонанс, можно получить различные рабочие частотные диапазоны (табл. 1).

В качестве осцилляторного элемента электронных схем широко применяются колебательные контуры, построенные на LC- и RC-элементах, но им присущ ряд недостатков, основными из которых являются низкая температурная стабильность, большое отклонение частоты резонанса от номинала, значительные габаритные размеры.

Применение в схеме кварцевых резонаторов позволяет избавиться от указанных недостатков, существенно повысить точность настройки и температурную стабильность. Однако кварцевым резонаторам тоже присущи недостатки, такие, как высокая цена и сравнительно большие размеры корпуса. Фирма Murata предлагает другое решение — применение в электронных схемах керамических резонаторов. Керамические резонаторы являются хорошим решением в том случае, когда предъявляются не слишком высокие требования по точности, важны небольшие размеры корпуса и малая цена.

Сравнительные характеристики контуров LC и RC, кварцевых и керамических резонаторов представлены в таблице 2.

Серии CSTCC/E/G/R/W. Резонаторы этой серии трехвыводные, имеют малые размеры корпуса и низкий профиль. Предназначены для поверхностного монтажа. Кроме того, серия имеет встроенный внутри корпуса нагрузочный конденсатор, что позволяет уменьшить количество деталей на схеме. При установке резонатора не требуется никаких дополнительных регулировок.

Основные сферы применения: использование в схемах задающих генераторов различных устройств, таких, как видеокамеры, DVD-проигрыватели, CD-ROM, HDD, автомобильная электроника.

Серия CSACV/W. Особенностью серии является наличие широкого частотного диапазона и малые размеры корпуса. При установке не требуется никаких дополнительных регулировок. Сферы применения: тактовые генераторы микропроцессоров, автомобильная электроника. При монтаже необходимо уменьшить избыточное напряжение на корпус элемента.

Серия CSTLS. Трехвыводная, имеет радиальное расположение выводов. Внутри резонатора размещен нагрузочный конденсатор, поэтому не требуется размещения дополнительных элементов на схеме. Серия имеет малый допуск по температурной стабильности в широком диапазоне.

Серия CSALS. Выводная, имеет высокую температурную стабильность, малые размеры корпуса и вес. Резонаторы этой серии устойчивы к вибрационным нагрузкам. Применяются в тактовых генераторах микропроцессоров, мультивибраторах и генераторах гармонических колебаний.

Серия CSBFB. Предназначена для работы в килогерцовой части ВЧ-диапазона. Серия допускает кратковременный перегрев корпуса во время пайки, предназначена для автоматического монтажа, не требует никаких регулировок частоты. Применяется в схемах тактовых генераторов.

Серия CSBLA. Особенности серии: работает в широком температурном интервале. Резонаторы миниатюрны и имеют малый вес, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки. Сферы использования: системы дистанционного управления, генераторы частот, тактовые генераторы.

Температурный профиль

При монтаже керамических резонаторов необходимо соблюдать тепловой профиль элементов, предписываемый производителем при пайке электронных компонентов, нарушение которого может повлечь за собой необратимые изменения структуры материала или значительно ухудшить его пьезоэлектрические свойства. Рекомендуемый температурный профиль для керамических резонаторов Murata приведен на рис. 10.

Основные тенденции в развитии направления производства керамических резонаторов

Резонаторы Ceralock широко используются в производстве различной радиоэлектронной аппаратуры. Однако, несмотря на это, инженеры компании Murata продолжают совершенствовать и развивать их по следующим направлениям:

При рассмотрении керамических резонаторов Murata видно, что компанией выпускается довольно широкий ассортимент, способный удовлетворить любые требования разработчиков радиоэлектронной аппаратуры.Керамические резонаторы являются достойной заменой кварцевым резонаторам, особенно в тех случаях, когда требуется уменьшить стоимость и размеры изделия.

Информация предоставлена по материалам компании Murata.

Дополнительные сведения вы можете узнать по адресу:

Источник

Что такое кварцевый резонатор и как он работает?

Кварцевый резонатор является электронным прибором, построенным на пьезоэффекте, а также механическом резонансе. Применяется радиостанциями, где задает несущую частоту, в часах и таймерах, фиксируя в них интервал в 1 секунду.

Что это такое, и зачем он нужен

Прибор является источником, обеспечивающим гармонические колебания высокой точности. Имеет, при сравнении с аналогами, большую эффективность работы, стабильные параметры.

Первые образцы современных устройств появились на радиостанциях в 1920-1930 гг. как элементы, имеющие стабильную работу, способные задавать несущую частоту. Они:

Чуть позже кварцевые резонаторы стали составной частью таймеров, часов. Электронные компоненты с собственной резонансной частотой 32768 Гц, которая в двоичном 15-разрядном счетчике задает временной промежуток равный 1 секунде.

Приборы используются сегодня в:

Устройства изготавливаются с разными корпусами. Делятся на выводные, применяемые в объемном монтаже, и SMD, используемые в поверхностном монтаже.

Их работа зависит от надежности схемы включения, влияющей на:

Свойства кварцевого резонатора

Превосходит ранее существовавшие аналоги, что делает прибор незаменимым во многих электронных схемах и объясняет сферу использования устройства. Это подтверждается тем, что за первое десятилетие с момента изобретения в США (не считая другие страны) выпущено больше 100 тыс. штук приборов.

Среди положительных свойств кварцевых резонаторов, объясняющих популярность, востребованность устройств:

Кварцевые резонаторы имеют и недостатки:

Принцип работы кварцевого резонатора

Работает прибор на основе пьезоэффекта, проявляющегося на пластинке из кварца, причем низкотемпературного. Элемент вырезают из цельного кристалла кварца, соблюдая задаваемый угол. Последний определяет электрохимические параметры резонатора.

Пластинки с обеих сторон покрывают слоем серебра (подходит платина, никель, золото). Затем их прочно фиксируют в корпусе, который герметизируется. Устройство представляет колебательную систему, которая обладает собственной резонансной частотой.

Когда электроды подвергаются переменному напряжению, пластинка из кварца, обладающая пьезоэлектрическим свойством, изгибается, сжимается, сдвигается (зависит от типа обработки кристалла). Одновременно в ней появляется противо-ЭДС, как это происходит в катушке индуктивности, находящейся в колебательном контуре.

Когда подается напряжение с частотой, совпадающей с собственными колебаниями пластинки, то в устройстве наблюдается резонанс. Одновременно:

Энергия, которая необходима для поддержания колебаний, в случае равенства частот низкая.

Обозначение кварцевого резонатора на электрической схеме

Прибор обозначается аналогично конденсатору. Отличие: между вертикальными отрезками помещен прямоугольник — символ пластинки, изготовленной из кварцевого кристалла. Боковые стороны прямоугольника и обкладки конденсатора разделяет зазор. Рядом на схеме может присутствовать буквенное обозначение прибора — QX.

Как проверить кварцевый резонатор

Проверка резонатора на работоспособность требует наличия тестера. Его собирают по схеме на основе транзистора КТ3102, 5 конденсаторов и 2 резисторов (устройство подобно кварцевому генератору, собранному на транзисторе).

Прибор необходимо в подключаемых соединениях, подключениях подключить к базе транзистора и отрицательному полюсу, защищая установкой защитного конденсатора. Питание схемы включения постоянное — 9В. Плюс подключают на вход транзистора, к его выходу — через конденсатор — частотомер, который фиксирует частотные параметры резонатора.

Схемой пользуются при настройке контура колебаний. Когда резонатор исправный, он при подключении выдает колебания, которые приводят к появлению переменного напряжения на эмиттере транзистора. Причем частота напряжения совпадает с аналогичной характеристикой резонатора.

Прибор неисправен, если частотомер не фиксирует возникновение частоты или определяет наличие частоты, но она — либо намного отличается от номинала, либо при нагреве корпуса паяльником сильно изменяется.

Источник

Керамические резонаторы

Murata

Компания Murata выпускает огромный ассортимент радиоэлектронных компонентов, на основе керамических материалов. В статье рассказывается о керамических резонеторах, использующих пьезоэлектрические свойства керамики.

Компания Murata была основана в 1944 году и изначально являлась производителем керамических конденсаторов. Со дня своего основания компания значительно расширила ассортимент выпускаемой продукции — это конденсаторы и резисторы, EMI-фильтры, керамические резонаторы и многое другое. Отличительной особенностью продукции фирмы является то, что большинство изделий изготовлено на основе керамики. Компанией в полной мере используются удивительные свойства керамических материалов, что позволяет ей создавать высококачественную продукцию, признанную многими специалистами во всем мире. Керамика — это материал, похожий на обоженную глину, изготовляемый путем спекания в специальных печах различных, очищенных на атомарном уровне, материалов. Путем добавления различных примесей, изменением температуры и атмосферных характеристик процесса обжига можно менять свойства керамических материалов, что, в свою очередь, дает практически безграничный простор для деятельности.

Керамические технологии Murata всеобъемлющи. Применение революционных технологий, ежегодная регистрация нескольких тысяч патентов, связанных с усовершенствованием и развитием производственного процесса — все это ставит компанию Murata в мировые лидеры и говорит о ее технологической мощи.

Статья является продолжением начатого цикла публикаций о продукции Murata, в ней речь пойдет об изделиях, использующих пьезоэлектрические свойства керамики, в частности, о керамических резонаторах.

Процесс разработки резонаторов на основе пьезоэффекта в керамике принадлежит фирме Murata и запатентован под товарным знаком Ceralock®.

Керамический резонатор Murata Ceralock

В основе разработки используется явление механического резонанса в пьезоэлектрической керамике. Приложение электрического потенциала к керамической пластине вызывает ее деформацию и наоборот, деформация керамики приводит к появлению на поверхности пластины электрических зарядов. Приложение переменного электрического потенциала приведет к возбуждению механических колебаний керамической пластины. Если частота этих колебаний близка к частоте собственного механического резонанса керамической пластины, то амплитуда колебаний значительно возрастает, увеличивается величина зарядов, обусловленных пьезоэффектом. В этом случае керамический резонатор, включенный в электрическую цепь, проявляет себя эквивалентно колебательному контуру. В зависимости от того, в какой плоскости пластины происходит резонанс, можно получить различные рабочие частотные диапазоны (табл. 1).

Таблица 1. Вид колебания и частотный диапазон

Вид колебания		Частота ( Гц)
		1 к 10 к 100 к 1 М 10 М 100 М 1 G
Гибкие колебания		#	#	#
Продольные колебания		#	#
Пространственные колебания		#	#
Радиальные колебания		#	#
Колебания в толще пластины		#
Трапецевидные колебания		#	#
Поверхностно-акустические волны		#	#	#

В качестве осцилляторного элемента электронных схем широко применяются колебательные контуры, построенные на LC- и RC-элементах, но им присущ ряд недостатков, основными из которых являются низкая температурная стабильность, большое отклонение частоты резонанса от номинала, значительные габаритные размеры.

Применение в схеме кварцевых резонаторов позволяет избавиться от указанных недостатков, существенно повысить точность настройки и температурную стабильность. Однако кварцевым резонаторам тоже присущи недостатки, такие, как высокая цена и сравнительно большие размеры корпуса. Фирма Murata предлагает другое решение — применение в электронных схемах керамических резонаторов. Керамические резонаторы являются хорошим решением в том случае, когда предъявляются не слишком высокие требования по точности, важны небольшие размеры корпуса и малая цена.

Сравнительные характеристики контуров LC и RC, кварцевых и керамических резонаторов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнительные характеристики осцилляторных элементов

Наименование	Символьное обозначение элемента	Цена	Размеры корпуса	Необходимость настройки	Отклонение частоты от номинала	Температурная стабильность
LC-контур		недорогая	большой	требуется регулировка	+/–2%	удовлетворительная
RC-контур		недорогая	малый	требуется регулировка	+/–2%	удовлетворительная
Кварцевый резонатор		дорогая	большой	не требуется регулировка	+/–0,001%	отличная
Керамический резонатор		недорогая	малый	не требуется регулировка	+/–0,5%	отличная

Важной отличительной чертой керамического резонатора являются малые размеры корпуса и малый вес. Габаритные размеры в эпоху миниатюризации являются одной из важных характеристик, так как уменьшение размеров элементов на схеме позволит напрямую уменьшить габаритные размеры корпуса самого изделия.

Керамика является более дешевым материалом по сравнению с кварцем, поэтому применение керамических резонаторов в схеме позволит удешевить готовое изделие, кроме того, компания Murata, как производитель керамических резонаторов, гарантирует сохранение указанных параметров и интервалов рабочих температур.

На рис. 1 показано обозначение керамического резонатора, применяемое на схемах.

Импедансная и фазовая характеристики приведены на рис. 2. Видно, что в диапазоне частот Fr (минимальный импеданс) и Fa (максимальный импеданс) резонатор проявляет свойства индуктивности. Емкостные свойства проявляются в других частотных диапазонах. Частоты Fr и Fa определяются пьезоэлектрическим материалом и физическими параметрами устройства. На частоте резонанса керамический резонатор эквивалентен контуру, изображенному на рис. 4, где величины Le и Re обозначают, соответственно, эквивалентные индуктивность и сопротивление.

Чем меньше величина Re, тем больше добротность Q(m) резонатора.

Эквивалентная схема резонатора — последовательно-параллельная резонансная цепь, состоящая из конденсатора, индуктивности и резистора.

Величины C1, L1, R1 — эквивалентные параметры резонатора. C0 называют статической или шунтирующей емкостью. На частотах, далеких от резонанса, керамический резонатор ведет себя как обычный конденсатор с емкостью C0. Параметры R1, C1, R1 являются динамическими, так как они проявляются только при колебаниях с частотой близкой к частоте собственного резонанса керамической пластины. Производный параметр — резонансный промежуток D F, характеризующий способность резонатора к перестройке по частоте. Определяется следующей формулой:

где D F — резонансный промежуток, С1 — динамическая емкость, С0 — статическая емкость.

Чем больше резонансный промежуток, тем шире пределы возможной перестройки частоты резонатора.

Керамические резонаторы характеризуются следующими параметрами:

Из-за механического резонанса в керамических резонаторах, наряду с основной частотой могут генерироваться паразитные гармоники, более высокочастотные. Примеры побочных колебаний и высших гармоник керамических резонаторов CSBLA455KC8-B0 и CSTLS4M00G53-B0 показаны на рисунках 5 и 6.

Сравнительные характеристики керамических и кварцевых резонаторов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Сравнительные характеристики керамических и кварцевых резонаторов

Одной из важнейших характеристик, отличающих керамические резонаторы от кварцевых, является меньшее время нарастания сигнала.

Время нарастания определяется в точке перехода колебаний из переходного в установившееся состояние (после того, как на ИМС подается питание). По методике Ceralock время нарастания определяется как время, необходимое для достижения 90% уровня генерации при установившемся режиме. Начальное напряжение — минимальное напряжение, при котором резонатор будет работать. На значение минимального напряжения влияет вся схема, но главным образом — характеристики ИМС. На рис. 7 показаны графики, отражающие переходные процессы в кварцевом и керамическом резонаторах.

Типовые схемы включения керамических резонаторов представлены на рис. 8 и 9.

Основные серии керамических резонаторов и их особенности

Фирмой Murata выпускается большое количество серий керамических резонаторов, предназначенных для работы как в мегагерцовой, так и килогерцовой части частотного диапазона. Характеристики некоторых из них представлены в таблице 4.

Таблица 4. Технические характеристики керамических резонаторов Murata Ceralock

Серии CSTCC/E/G/R/W. Резонаторы этой серии трехвыводные, имеют малые размеры корпуса и низкий профиль. Предназначены для поверхностного монтажа. Кроме того, серия имеет встроенный внутри корпуса нагрузочный конденсатор, что позволяет уменьшить количество деталей на схеме. При установке резонатора не требуется никаких дополнительных регулировок.

Основные сферы применения: использование в схемах задающих генераторов различных устройств, таких, как видеокамеры, DVD-проигрыватели, CD-ROM, HDD, автомобильная электроника.

Серия CSACV/W. Особенностью серии является наличие широкого частотного диапазона и малые размеры корпуса. При установке не требуется никаких дополнительных регулировок. Сферы применения: тактовые генераторы микропроцессоров, автомобильная электроника. При монтаже необходимо уменьшить избыточное напряжение на корпус элемента.

Серия CSTLS. Трехвыводная, имеет радиальное расположение выводов. Внутри резонатора размещен нагрузочный конденсатор, поэтому не требуется размещения дополнительных элементов на схеме. Серия имеет малый допуск по температурной стабильности в широком диапазоне.

Серия CSALS. Выводная, имеет высокую температурную стабильность, малые размеры корпуса и вес. Резонаторы этой серии устойчивы к вибрационным нагрузкам. Применяются в тактовых генераторах микропроцессоров, мультивибраторах и генераторах гармонических колебаний.

Серия CSBFB. Предназначена для работы в килогерцовой части ВЧ-диапазона. Серия допускает кратковременный перегрев корпуса во время пайки, предназначена для автоматического монтажа, не требует никаких регулировок частоты. Применяется в схемах тактовых генераторов.

Серия CSBLA. Особенности серии: работает в широком температурном интервале. Резонаторы миниатюрны и имеют малый вес, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки. Сферы использования: системы дистанционного управления, генераторы частот, тактовые генераторы.

При монтаже керамических резонаторов необходимо соблюдать тепловой профиль элементов, предписываемый производителем при пайке электронных компонентов, нарушение которого может повлечь за собой необратимые изменения структуры материала или значительно ухудшить его пьезоэлектрические свойства. Рекомендуемый температурный профиль для керамических резонаторов Murata приведен на рис. 10.

Основные тенденции в развитии направления производства керамических резонаторов

Резонаторы Ceralock широко используются в производстве различной радиоэлектронной аппаратуры. Однако, несмотря на это, инженеры компании Murata продолжают совершенствовать и развивать их по следующим направлениям:

При рассмотрении керамических резонаторов Murata видно, что компанией выпускается довольно широкий ассортимент, способный удовлетворить любые требования разработчиков радиоэлектронной аппаратуры. Керамические резонаторы являются достойной заменой кварцевым резонаторам, особенно в тех случаях, когда требуется уменьшить стоимость и размеры изделия.

Информация предоставлена по материалам компании Murata.

Дополнительные сведения вы можете узнать по адресу: support@alkon.net.

Статьи по: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненты, Преобразование и коммутация речевых сигналов, Аналоговая техника, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретные полупрoводниковые приборы. Sensor, Проектирование и технология, LCD, LCM, LED. Оптоэлектроника и ВОЛС, Дистрибуция электронных компонентов, Оборудование и измерительная техника, Пассивные элементы и коммутационные устройства, Системы идентификации и защиты информации, Корпуса, Печатные платы

Источник

• ← Что такое драйвер?
• кошки в подвале многоквартирного дома что делать →