Маркировка кварцевых резонаторов отечественного производства

Кварцевые резонаторы являются пассивными компонентами радиоэлектронной аппаратуры и предназначены для использования в аналогово-цифровых цепях для стабилизации и выделения электрических колебаний определенной частоты или полосы частот. Принцип работы этого элемента следующий — в широкой полосе частот сопротивление прибора имеет емкостной характер и только на некоторых (рабочих) частотах имеет резко выраженный резонанс (уменьшение сопротивления).

Кварцевый резонатор имеет лучшие характеристики, чем другие приборы для стабилизации частоты (колебательные контуры, пьезокерамические резонаторы): такие как стабильность по частоте (уход частоты) и температуре (изменение частоты резонанса в зависимости от температуры окружающей среды).

Избирательный, ярко выраженный резонансный характер сопротивления этих компонентов определяет основные области применения кварцевых резонаторов — высокостабильные генераторы тактовых сигналов и опорных частот, цепи частотной селекции, синтезаторы частоты и т.д

Импортные кварцевые резонаторы

• HC-49/U — ближайший отечественный аналог — корпус МД
• HC-49/US — отличие от HC-49/U — меньшая высота
• Кварцевые резонаторы для схем отсчета времени на частоту 32,768 кГц

Компоненты сертифицированы в соответсвии с международным стандартом ISO 9002

Отличительные черты:

• Низкая стоимость
• Промышленный стандарт
• Широкий частотный диапазон
• Низкое изменение рабочей частоты с течением времени
• Резонаторы AT

Внешний вид корпусов типа HC-49 Основные технические характеристики:

Технические параметры кварцевых резонаторов:

• Тип резонатора АТ — специальный угол среза пластины кристалла кварца, при котором готовый резонатор обладает превосходной стабильностью частоты по температуре окружающей среды.
• Последовательное эквивалентное сопротивление — импеданс резонатора, находящегося в последовательном резонансе.
• Стабильность частоты — отклонение частоты от номинальной. Обычно выражается в миллионных долях от номинальной частоты резонатора — Nx10 -6 . Соответствующая иностранная маркировка — ppm (part per million — часть на миллион).
• Температурная стабильность частоты — изменение частоты при изменении температуры резонатора.
• Сопротивление изоляции — сопротивление между выводами резонатора (обычные значения порядка МОм)
• Нагрузочная емкость — любая внешняя емкость, включенная последовательно с резонатором, становится элементом, изменяющим частоту резонанса. Варьируя нагрузочную емкость, можно, в некоторых пределах, изменять резонансную частоту. Некоторые изготовители иногда заранее рекомендуют использовать стандартные значения нагрузочной емкости для точной настройки резонансной частоты.
• Диапазон рабочих температур — диапазон температур, в котором резонатор будет работать с отклонением частоты, не превышающим указанного для данного типа.
• Гармоники — у резонаторов с типом среза АТ, которые сами по себе являются резонаторами толщинно — сдвиговых колебаний, в добавление к основной частоте резонанса возможно также проявление колебаний нечетных гармоник (3xFосн,5xFосн,7xFосн).
• «Старение» — медленные изменения параметров резонатора по истечении некоторого периода времени.

Номиналы стандартной сетки частот для импортных резонаторов, предлагаемые ЗАО «Промэлектроника»

Наиболее распространённые типы герметизированных кварцевых резонаторов в металлическом корпусе выпускались в СССР по ГОСТ 6503-67 «Резонаторы кварцевые герметизированные на частоты колебаний от 0,75 до 100 МГц».

Согласно этому стандарту резонаторы рассматриваемого класса должны выпускаться миниатюрные (на диапазон от 5 до 100 МГц) и малогабаритные (на весь диапазон частот).

Они могут выполняться с жесткими выводами для вставления в панель (см. к примеру, РКМ-3), с мягкими выводами для непосредственной припайки в схеме и с жесткими лужеными выводами для подпайки к ним монтажных проводов.

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:

• пришли на смену кристальным резонаторам, работавшим на сегнетовой соли, появившимся в 1917 в результате изобретения Александра М. Николсона и отличавшимся нестабильностью;
• заменили использовавшуюся ранее схему с катушкой и конденсатором, которая не отличалась большой добротностью (до 300) и зависела от температурных изменений.

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:

• кварцевых часах, обеспечивая им точность работы независимо от температуры окружающей среды;
• измерительных приборах, гарантируя им высокую точность показателей;
• морских эхолотах, которые применяются при исследованиях и создании карт дна, фиксации рифов, отмелей, поиска объектов, находящихся в воде;
• схемах, соответствующих опорным генераторам, синтезирующим частоты;
• схемах, применяемых при волновом указании SSB или сигнала телеграфа;
• радиостанциях с DSB-сигналом с промежуточной частотой;
• полосовых фильтрах приёмников супергетеродинного типа, которые более стабильны и добротны, чем LC-фильтры.

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

Нагрузочная емкость кварцевого резонатора что это

Наверняка вы задумывались – а зачем нужны конденсаторы около кварца в обвязке вашего любимого процессора. Как их выбирать? Большинство просто копирует номиналы с чужих схем (“12MHz + 22пФ?”, правильно?), я и сам так делаю.

К счастью, рассчитать емкость этих конденсаторов – просто.

Возьмем, к примеру, кварц NX3225SA-12.000000MHZ от NDK. Это – хороший, стабильный (+/-15 ppm), но если вы не используете правильные конденсаторы, то точность сильно ухудшается и о 15ppm не может быть и речи.

Как узнать, какую емкость цеплять? В каждом даташите на кварц пишут емкость, на которую нужно нагрузить кварц, дабы он работал точно. Она называется “Load Capacitance” или “Cl”, для нашего кварца это — 8пФ. Нам осталось подобрать емкости так, чтобы выполнялась формула:

CL = (C1 * C2) / (C1 + C2) + Cstray

C1 и C2 – это конденсаторы, которые подключаются к кварцу, а Cstray – емкость проводников на плате, ножек контроллера, итп. Ее обычно никто не считает, а просто угадывают: к примеру, емкость ножки Stm32 – 5 пф. Чтобы угадать эту емкость как можно точнее, старайтесь делать дорожки от кварца до микросхемы короче, и тогда основной вклад будет давать сама ножка контроллера.

Теперь мы легко получаем, что емкость последовательно соединённых C1 и С2 должна быть 8-5 = 3пФ.

Если выбрать эти конденсаторы равными, то (C1 * C2) / (C1 + C2) = C/2 = 3пФ.

Отсюда, емкость конденсаторов должна быть по 6пФ.

Источник

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:

• хорошая добротность, значения которой — 104-106 — превышают параметры ранее использовавшихся аналогов (имеют добротность 300);
• небольшие габариты, которые могут измеряться долями миллиметра;
• устойчивость к температуре, ее колебаниям;
• долгий срок службы;
• простота изготовления;
• возможность построения каскадных фильтров высокого качества без использования ручной настройки.

Кварцевые резонаторы имеют и недостатки:

• внешние элементы позволяют подстраивать частоту в узком диапазоне;
• обладают хрупкой конструкцией;
• не переносят чрезмерного нагрева.

Обзор кварцевых резонаторов Geyer Electronic

Серии кварцевых резонаторов (Quartz Crystals) Geyer Electronic выпускаются на различные диапазоны температур с учетом приложений, в которых они используются. Определить диапазон температуры можно по последнему символу серии, где символу «Т» соответствует диапазон температуры -40…80°С, «Е» – -40…105°С. Отсутствие символа говорит о том, что рабочая температура резонатора – -20…70°С.

Основные характеристики этих кварцевых резонаторов указаны в таблицах 1, 2. Все рассмотренные резонаторы соответствуют директиве RoHS 2011/65/EU. Под словом «доступно» в таблицах подразумевается возможность спецзаказа резонаторов с данными параметрами.

Таблица 1. Основные характеристики часовых кварцевых резонаторов в частотном диапазоне 32.768 кГц

Таблица 2. Основные характеристики кварцевых резонаторов МГц-диапазона

Шунтирующая емкость, С0, пФ: * – 5, ** – 7, *** – для частотного диапазона 3,579545…40, 30…70 – 7; 40…100 – 3.

Держатели кристалла кварца должны быть жестко зафиксированы и не должны менять своего изначального положения с момента производства. В противном случае при сжатии и изгибании кристалла кварца могут возникнуть микротрещины. Чтобы этого не допустить, при монтаже в сквозные отверстия не изгибайте выводы резонатора более чем на 3 мм относительно изначального положения. Также не стоит припаивать корпус для фиксации, чтобы не допустить нагрева кристалла. Для этого необходимо использовать специальные приспособления.

Никаких особых замечаний по самой пайке кварцевого резонатора нет. Полярность любая, заземлять не нужно. Версии резонаторов поверхностного монтажа паяют оплавлением согласно предложенным производителем условиям пайки (рисунок 2).

После пайки частота кварцевого резонатора может измениться на несколько ppm. Частота восстановится после нескольких часов или дней без каких либо последствий для кристалла кварца. Очистка проводится стандартными методами. При размещении кварцевого резонатора на плате также желательно придерживаться следующих условий:

• чем ближе к генератору – тем лучше;
• рядом должны отсутствовать дорожки, по которым передаются другие сигналы, способные внести помехи;
• при хранении нужно соблюдать необходимые условия: температура хранения: 25 ±5°C;
• влажность: 60 ±15% RH.

Общий диапазон температуры хранения обозначен для каждой серии при заказе.

Все вопросы касательно резонаторов, их выбора и установки можно задавать как производителю, так и дистрибьютору. Общие же принципы выбора нагрузочных емкостей и внешнего резистора рассмотрим на примере кварцевого резонатора KX-K для микроконтроллера с необходимой частотой 24…25 МГц (рисунок 3).

Общие данные резонатора KX-K, согласно таблице 1:

• нагрузочная емкость CL равна 16 пФ;
• температурный допуск на допустимое отклонение частоты: ±30 ppm (20°C)/±50 ppm (-20…70°C);
• внутреннее резонансное сопротивление: R1 = 40 Oм.

Если нагрузочная емкость не будет согласована с нагрузочной емкостью кварцевого резонатора, то будет иметь место сдвиг резонансной частоты. Начальные значения емкости конденсаторов C1 и C2 для оптимизации должны быть 22 пФ и 27 пФ, соответственно, т.к. кристаллу необходима нагрузочная емкость 16 пФ. Предполагается, что у микроконтроллера есть внутренние емкости 2 пФ в OSC1 и OSC2. Паразитная емкость электрической схемы составляет 3 пФ. Таким образом, заключительная нагрузочная емкость равна (все значения емкостей в приведенной ниже формуле приведены в пФ):

(22+2)×(27+2)/(22+2+27+2)+3=16,13

Для простого запуска колебаний кварцевого резонатора емкость на входном OSC1 микроконтроллера взята меньше, чем на его выводе OSC2.

Чтобы проверить безопасность условий запуска, необходимо протестировать схему. Для тестирования необходимо вручную спаять резисторы последовательно с кварцевым резонатором. Колебания, даже несмотря на сопротивление в пределах, должны быть:

• для стандартных приложений – в 3…5 раз больше указанного резонансного сопротивления R1 (если R1 = 40 Oм, то диапазон равен 150…250 Ом);
• для автомобильных приложений – в 5…10 раз больше указанного резонансного сопротивления R1 (если R1 = 40 Ом, то диапазон равен 250…500 Ом)

Рис. 4. Установка внешнего резистора

Внешний резистор рекомендуется использовать при рабочих частотах ниже 4 МГц. При более высоких частотах внутреннего сопротивления микроконтроллера обычно достаточно. Конденсатор C2 с внешним резистором RV (рисунок 4), образуют RC-цепочку, т.е. фильтр низких частот. Исходя из этого, Rv выбирается таким образом, чтобы критическая частота f была вдвое больше номинальной частоты резонатора.

f = 1/2π·RV·C2

Пример для C2 = 22 пФ:

• для кварцевого резонатора на 2 МГц желаемая критическая частота составляет 4 МГц, следовательно, выбирается RV = 1.8 кОм;
• для кварцевого резонатора на 6 МГц – составляет 12 МГц, значит выбирается Rv = 600 Ом.

Компания Geyer Electronic выпускает качественные кварцевые резонаторы различных размеров SMD- и THT-монтажа популярных частотных диапазонов для новых приложений. Хорошо налаженная обратная связь между сотрудниками компании и клиентами позволит подобрать подходящий кварцевый резонатор для любой задачи в зависимости от условий эксплуатации, необходимых характеристик, цены и использования его в конкретном приложении.

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:

• у элемента из кварца увеличивается амплитуда колебаний;
• сильно уменьшается сопротивления резонатора.

НИ-8 12,73 МГц

Алексей Абызов прислал фотографии старого кварца в необычном исполнении. Частота не маркирована, но по результатам измерений — 12,73 МГц.

Загадочный резонатор, в массивном металлическом корпусе с ламповым цоколем.

Из маркировки только невнятное «Г840» :

Первый этап вскрытия закончился довольно зверским отрыванием цоколя от внутренней части, но. это не приблизило меня к разгадке содержимого. Основная часть запаяна, выходит лишь два провода, один из которых контактирует с корпусом. Внутренний объём, по всей вероятности, герметизирован.

Прибегать к более деструктивным методам я не решился.

Ни параметры, ни производитель, к сожалению, не известны. Косвенно — известно, что резонаторы в таком корпусе выпускал ленинградский завод имени Козицкого.

Кварц с неизвестными параметрами. В коллекцию он попал, поскольку это пока самый ранний известный мне кварцевый резонатор в «классическом» металлическом корпусе, таком же, как у широко распространенных ныне РК-170, РК-171, РГ-08 и тому подобных.

(фото Игоря Еремина)

По крайней мере, судя по справочному листу, она лежит в диапазоне от 14 до 50 МГц.

при НИИ точных приборов, ныне он называется «Этна».

(фото Игоря Еремина)