Кварцова платівка як високоякісний електричний резонатор

Платівка вирізана з монокристалу кварцу являє собою вельми досконалий механічний резонатор. Кварц як матеріал має цілу низку унікальних якостей: механічну міцність і твердість, високу пружність, мале внутрішнє тертя і дуже малий коефіцієнт теплового розширення. Тому кварцовий резонатор має дуже мале згасання коливань і високу температурну стабільність власної частоти. При геометричних розмірах менш за один сантиметр власні частоти механічних коливань кварцових платівок бувають порядку Гц, що лежить у діапазоні частот широко застосовуваних у радіоелектронній апаратурі.

Але окрім перелічених вище властивостей кварц має ще і властивість п’єзоелектрика (хоча і не дуже сильно виражену). При механічній деформації на гранях кварцової платівки з’являється поверхневий заряд, який може бути знятий за допомогою електродів притулених до платівки (рис.3.2). Тому при механічних коливаннях кварцового резонатора у колі електродів виникає змінний струм з частотою коливань кварцу.

Навпаки, прикладаючи до електродів напругу з частою власних коливань кварцової платівки, можна збудити в ній інтенсивні механічні коливання. Таким чином кварцова платівка з притуленими до неї електродами стає електричним резонатором з винятково високою добротністю порядку , недосяжною для звичайних LRC - контурів. Еквівалентна схема такого резонатора зображена на рис.3.3. Тут індуктивність L моделює механічну інерційність (масу) кварцової платівки, С - її пружність, а r - внутрішнє тертя. Звичайно L буває порядку кількох Генрі, ємність С пФ, а r Ом. Ємність С₀

являє собою ємність електродів і буває звичайно порядку кількох пікофарад.

Легко впевнитись, що схема зображена на рис 3.3, має два резонанси: послідовний на частоті і паралельний на частоті . Залежність реактивного опору між точками « аа» від частоти (при нехтуванні активним опором) зображена на рис.3.4. Як видно, на частоті нижче та вище провідність ємнісна і тільки на ділянці від до вона має індуктивний характер і різко змінюється від нуля до нескінченості. При цей частотний інтервал є дуже вузьким і тому крутість зміни ефективної індуктивності зі зміною частоти є дуже великою. А висока теплова стабільність кварцу забезпечує малі зміни зі зміною температури.