Κρυσταλλικός Συντονιστής: Σχέδιο Περιβάλλοντος, Συχνότητα & Λειτουργικό Αρχή

Οι πεζοελαστικοί συντονιστές λειτουργούν με βάση την αντίστροφη πεζοελαστική επίδραση, κατά την οποία μια εναλλασσόμενη τάση που εφαρμόζεται στις επιφάνειες του κρύσταλλου τον εκταθεί να δονείται στη φυσική του συχνότητα. Είναι αυτές οι δονήσεις που τελικά μετατρέπονται σε συντονισμό.

Αυτοί οι συντονιστές συνήθως κατασκευάζονται από κρύσταλλο Κβαρτζ, αν και άλλα υλικά όπως το αλάτι Rochelle και το Tourmaline επιδεικνύουν την πεζοελαστική επίδραση, επειδή ο κβαρτζ είναι φθηνότερος, φυσικά διαθέσιμος και μηχανικά ισχυρότερος σε σύγκριση με τα άλλα.

Στους πεζοελαστικούς συντονιστές, ο κρύσταλλος κοπεί κατάλληλα και εγκαταστάται μεταξύ δύο μεταλλικών πινάκων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1a, το οποίο έχει ηλεκτρικό ισοδύναμο όπως φαίνεται στο Σχήμα 1b. Στην πραγματικότητα, ο κρύσταλλος συμπεριφέρεται ως σειριακό RLC κύκλωμα, σχηματισμένο από τα συστατικά

1. Ένας χαμηλός ομιλητής RS

2. Ένας μεγάλος συμβολαιογράφος LS

3. Ένας μικρός καταναλωτής CS

οι οποίοι θα είναι παράλληλοι με την ικανότητα των ηλεκτρόδων Cp.

Λόγω της παρουσίας του Cp, ο κρύσταλλος θα συντονίζεται σε δύο διαφορετικές συχνότητες, δηλαδή,

1. Σειριακή Συντονιστική Συχνότητα, fs που συμβαίνει όταν η σειριακή ικανότητα CS συντονίζεται με τη σειριακή αυξανόμενη LS. Σε αυτό το στάδιο, η αντίσταση του κρύσταλλου θα είναι η μικρότερη και, επομένως, η ποσότητα της ανατροφοδότησης θα είναι η μεγαλύτερη. Μαθηματική έκφραση για το ίδιο είναι δοθείσα ως
   

2. Παράλληλη Συντονιστική Συχνότητα, fp που εμφανίζεται όταν η αντίσταση του LSCS ισοδυναμεί την αντίσταση του παραλληλικού καταναλωτή Cp δηλαδή, LS και CS συντονίζονται με Cp. Σε αυτή τη στιγμή, η αντίσταση του κρύσταλλου θα είναι η μεγαλύτερη και, επομένως, η ανατροφοδότηση θα είναι η μικρότερη. Μαθηματικά μπορεί να δοθεί ως
   

Η συμπεριφορά του καταναλωτή θα είναι καταναλωτική και κάτω από τη fS και πάνω από τη fp. Ωστόσο, για τις συχνότητες που βρίσκονται μεταξύ fS και fp, η συμπεριφορά του κρύσταλλου θα είναι αυξανόμενη. Επιπλέον, όταν η συχνότητα γίνει ίση με την παράλληλη συντονιστική συχνότητα fp, τότε η αλληλεπίδραση μεταξύ LS και Cp θα σχηματίσει ένα παράλληλο LC κύκλωμα. Έτσι, ένας κρύσταλλος μπορεί να θεωρηθεί ως συνδυασμός σειριακών και παραλληλικών συντονιστικών κυκλωμάτων, λόγω των οποίων χρειάζεται να ρυθμιστεί το κύκλωμα για οποιαδήποτε μία από αυτές τις δύο. Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι η fp θα είναι υψηλότερη από τη fs και η πλησιότητα μεταξύ των δύο θα αποφασιστεί από το κοπίματος και τις διαστάσεις του κρύσταλλου σε χρήση.

Οι πεζοελαστικοί συντονιστές μπορούν να σχεδιαστούν συνδέοντας τον κρύσταλλο στο κύκλωμα έτσι ώστε να προσφέρει χαμηλή αντίσταση όταν λειτουργεί σε σειριακή συντονιστική λειτουργία (Σχήμα 2a) και υψηλή αντίσταση όταν λειτουργεί σε αντισυντονιστική ή παράλληλη συντονιστική λειτουργία (Σχήμα 2b).

Στα κύκλωμα που εμφανίζονται, οι αντιστοίχους R1 και R2 σχηματίζουν το δίκτυο διαίρεσης τάσης ενώ ο αντιστοχτής του εκτροχιαστή RE σταθεροποιεί το κύκλωμα. Επιπλέον, το CE (Σχήμα 2a) λειτουργεί ως AC bypass capacitor ενώ ο συνδεόμενος καταναλωτής CC (Σχήμα 2a) χρησιμοποιείται για να εμποδίσει την προώθηση DC σήματος μεταξύ των κατόπτρων και των βάσεων.

Επόμενο, οι καταναλωτές C1 και C2 σχηματίζουν το δίκτυο διαίρεσης τάσης στην περίπτωση του Σχήματος 2b. Επιπλέον, υπάρχει επίσης ένα Radio Frequency Coil (RFC) στα κύκλωμα (και στο Σχήμα 2a και 2b) το οποίο προσφέρει διπλό πλεονέκτημα, καθώς παρέχει τόσο την DC προσαρμογή όσο και ελευθερώνει την εξόδο του κυκλώματος από την επίδραση του AC σήματος στις γραμμές ενέργειας.

Με την παροχή ενέργειας στο συντονιστή, η ένταση των συντονισμών στο κύκλωμα αυξάνεται μέχρι να φτάσει σε ένα σημείο όπου οι μη γραμμικότητες στον ενισχυτή μειώνουν το ποσοστό κέρδους του βρόχου σε μονάδα.