Квантовые технологии. Модуль 2
В этом модуле вы узнаете:
- Как измеряют время и почему важна не только точность, но и стабильность;
- Как человечество измеряло время раньше;
- Какие процессы в атоме могут стать маятником для часов;
- Как именно устроены атомные часы и как они помогли создать глобальную навигационную систему.
Оглавление
Стандарты частоты
Знание квантовых законов, которым подчиняются электроны в атомах, позволило создать сверхточные атомные часы, менее подверженные отклонениям, чем часы, определяющие время по движению Земли вокруг оси.
Новые квантовые стандарты частоты дают возможность не только измерять время без привязки к движению нашей планеты, но и ориентироваться в пространстве, тем самым создав глобальную систему навигации.
В этом видео Иван Шерстов, заведующий лабораторией системных исследований проблем измерения времени и частоты Сколтеха, расскажет об актуальных вопросах квантовой метрологии.
Что такое часы и как они работают
Главный элемент любого прибора для измерения времени — осциллятор, предмет, который колеблется с определенной частотой (чем меньше она отклоняется от заданного значения, тем точнее часы). В механических часах роль осциллятора играют маятник или пружина.
Еще два элемента хронометра — делитель частоты и счетчик, механизмы, подсчитывающие и преобразующие колебания осциллятора в значения на шкале. Показания часов — это количество колебаний маятника, отображенное на циферблате.
Главные характеристики любого прибора для измерения времени или стандарта частоты — точность и стабильность. Чтобы лучше понять смысл этих понятий, представьте себе, что вы наблюдаете за четырьмя стрелкáми.
Первый стрелок (а) стреляет точно (попадает в центр мишени) и стабильно (разброс между выстрелами мал). Этому соответствует график частоты, где она почти не отклоняется от заданной. Второй стрелок (b) стреляет точно (все попадания сосредоточены вокруг центра), но нестабильно (разброс высок).
Стрелок номер 3 © стреляет неточно, но стабильно (частота меняется мало, но сдвинута от заданного положения). Наконец, четвертый стрелок (d) стреляет и неточно, и нестабильно (частота сильно колеблется и сильно отклонена от заданной).
Точность и стабильность — два главных параметра, с помощью которых оценивают приборы для измерения времени. Чем эти показатели выше, тем качественнее часы.
История измерения времени
Небесное время
Для измерения времени люди всегда использовали наблюдения за астрономическими циклами: движением Солнца в течение дня, фазами Луны. В Античности появились солнечные часы, а вместе с ними и современные единицы измерения — часы и минуты.
Для измерения коротких интервалов — 5-10-30 минут — годились песочные, водяные или «огненные» часы (в последних промежутки времени отмеряли по шкале, нанесенной на свече).
Механическое время
В средние века появились первые механические часы, похожие на современные. Они устанавливались на стенах храмов и монастырей, минутных стрелок у них не было, а главной их задачей было не дать прихожанам пропустить начало богослужения.
Такие часы приводились в действие грузом, спускавшимся вниз под действием силы тяжести. Особенной точностью при этом они не отличались.
Первые маятниковые часы появились только в XVII веке — их изготовил в 1657 году голландский часовщик Соломон Костер по схеме, придуманной Христианом Гюйгенсом. Это был первый прибор для измерения времени с осциллятором — генератором колебаний постоянной частоты, в роли которого выступал маятник.
Но у этих часов была масса недостатков: они должны были оставаться в покое, были громоздкими (точность зависела от длины маятника), а нагревание удлиняло маятник (температуре окружающего воздуха достаточно было повыситься на 2 градуса Цельсия, чтобы часы начали давать расхождение на 1 секунду в сутки).
Эпоха Великих географических открытий и развитие мореплавания сделали точные измерения времени жизненно необходимыми.
Если для определения широты с борта корабля в океане достаточно было измерить высоту Полярной звезды над горизонтом, то для вычисления долготы нужно было определить по солнцу местное время и сравнить его со временем пункта отправления.
Следовательно, мореплавателям был необходим прибор для хранения времени, очень точный и компактный, пригодный для размещения на корабле, каких в те времена еще не делали.
Астрономические методы (например, предложенный Галилеем способ, основанный на измерении положения спутников Юпитера) требовали сложных наблюдений и инструментов, не всегда были возможны из-за погодных условий и были недостаточно точны.
Ошибки в навигации наносили немалый ущерб — приводили к гибели судов и людей при кораблекрушениях. В 1714 году британский парламент принял «Акт о долготе», установивший награду в 10 тысяч фунтов (около 1,4 миллиона фунтов на сегодняшние деньги) за способ определения долготы с точностью до градуса (примерно 110 километров на экваторе).
Позже было принято еще несколько актов, учреждавших крупные премии за все более возраставшую точность методов.
Решение задачи было найдено часовщиками, создавшими первые морские хронометры, способные «убегать» не более чем на 3 секунды в сутки. Их ход зависел не от маятникового механизма — громоздкого и чувствительного к температуре и качке, а от колебаний подпружиненного колеса.
В 1761 году английский часовщик Джон Харрисон создал хронометр, «уходивший» не более чем на 0,2 секунды в день. Все современные механические часы основаны на этом же принципе. В 1920-е годы их точность удалось довести до нескольких секунд в год (часы Уильяма Шорта в 1921 году).
Кварцевое время
В 1880 году Жак и Пьер Кюри открыли пьезоэлектрический эффект — способность кристаллов кварца генерировать электрический заряд в ответ на механическое воздействие и, наоборот, менять форму под действием электрического тока. Уже в 1920-е годы были созданы кварцевые часы, основанные на этом эффекте.
Кристалл кварца в них служил в качестве резонатора, при подаче напряжения начинавшего колебаться со строго определенной частотой, что и обеспечивало исключительную точность. С помощью кварцевых часов в 1932 году была впервые обнаружена неравномерность вращения Земли.
Квантовое время
Первые атомные часы появились уже после войны, в 1949 году, когда специалисты Национального бюро стандартов США создали устройство, где стандартом частоты служила линия поглощения аммиака на частоте 23870,1 мегагерца.
Эти часы уступали по точности кварцевым — они убегали или отставали не более чем на 1 секунду за 10 миллионов секунд, тогда как кварцевых на тот момент давали погрешность не более 2 к 100 миллионам секунд. Тем не менее их появление показало, что такие приборы можно создавать и использовать на практике.
Днем рождения современных атомных часов, ставших эталоном времени, принято считать 13 августа 1955 года. Британские ученые Луис Эссен и Джек Перри из Национальной физической лаборатории опубликовали в журнале Nature статью с описанием цезиевого стандарта частоты, чья точность составляла 1 секунду на 1 миллиард.
Тогда же коллеги изобретателей выступили с идеей поменять само определение секунды и привязать его именно к частоте переходов атома цезия.
С 1940-х годов секунда определялась как 1/86400 средних солнечных суток. В 1956 году Международное бюро мер и весов поменяло определение секунды, привязав его к длине года. С того момента этот интервал времени определялся как 1/31 556 925,9747 тропического года для января 1900 года.
Но примерно через 11 лет, в 1967 году, система измерения времени была полностью «отвязана» от астрономических циклов. Международное бюро мер и весов определило секунду как «время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133».
Это определение с некоторыми поправками (связанными, например, с учетом гравитационного замедления времени) действует до сих пор.
К концу XX века относительная погрешность цезиевых часов опустилась до уровня 2,2 × 10-14.
На сегодняшний день микроволновые стандарты частоты фонтанного типа демонстрируют точность на уровне (1-5) × 10-16.
Дальнейшее повышение точности требует значительного увеличения времени наблюдения за стандартом (оно уже сейчас измеряется десятками дней). Поэтому на следующем этапе развития стандартов частоты необходимо перевести частоту излучения, используемого в атомных часах, из микроволнового в оптический диапазон, то есть заменить микроволновые излучатели на лазеры.
Как измеряют время с помощью атомов
В начале XX века физики, как вы узнали из первого модуля, установили, что электроны, вращающиеся вокруг атомного ядра, могут находиться только на строго определенных орбитах — энергетических уровнях.
Каждый переход электрона с орбиты на орбиту сопровождается испусканием или поглощением кванта электромагнитного излучения — фотона. Причем каждому конкретному переходу соответствует фотон строго определенной энергии, которая, в свою очередь, жестко связана формулой Планка (E=hν) с длиной волны (и частотой) излучения.
Лучший на данный момент способ измерения времени опирается именно на частоту фотонов строго определенной энергии. В современных стандартах частоты и для «производства» эталона секунды используются атомы цезия-133.
Этот изотоп отличается тем, что на «внешней» орбите у него есть одиночный электрон, энергетический уровень которого из-за взаимодействия магнитных моментов ядра атома и самого электрона испытывает сверхтонкое расщепление, что позволяет получить очень высокую точность измерения частоты.
Как устроены атомные часы
Основа атомных часов — очень точный, но все же вполне обычный кварцевый осциллятор. Атомный компонент нужен, чтобы поправлять отклонения. С кварцевым осциллятором синхронизирован источник электромагнитных волн, длина волны которого с высокой точностью соответствует сверхтонкому энергетическому переходу в атоме цезия.
В установку направлен поток этих атомов, и на входе в нее они «сортируются» на возбужденные и невозбужденные с помощью магнитного поля.
Дело в том, что атомы цезия в разном энергетическом состоянии по-разному реагируют на магнитное поле, что и позволяет проводить эту сортировку.
На поток атомов с низкой энергией воздействует излучение, синхронизированное с кварцевым осциллятором. Атомы переходят на уровень с более высокой энергией, снова отклоняются магнитами и попадают в детектор.
Если кварцевый осциллятор чуть-чуть отклонится от верной частоты, изменится и частота излучения. Излучение не сможет менять состояние атомов, и они уже не будут попадать в детектор.
В этом случае на кварцевый осциллятор поступит корректирующий сигнал, его частота вернется к правильной, излучение вновь будет приводить атомы цезия в верное состояние, и они опять будут попадать в детектор. Такая система с обратной связью позволяет очень точно удерживать нужную частоту.
Принципиальная схема атомных часов
Переход атомов с одного энергетического уровня на другой называют репером частоты. В современных стандартах частоты для этого перехода используется лазерное излучение, частота которого очень велика — сотни терагерц ≈ 1014 терагерц.
Поэтому ее требуется понижать в радиочастотный диапазон, используемый в современной электронике.
Это делается с помощью специального устройства — оптической гребенки. Оптические стандарты частоты (часы) в данный момент в мире являются абсолютными чемпионами в области демонстрируемой стабильности и точности — их значения измеряются в диапазоне 10-17 — 10-18 и лучше.
Атомные часы и навигация
Как работает спутниковая навигация
Главная область применения квантовых стандартов частоты, как и точных хронометров два столетия назад, — навигация. Глобальные навигационные спутниковые системы — американская GPS, российская ГЛОНАСС и другие — не смогли бы работать без сверхточных измерений времени.
Квантовые стандарты частоты расположены как в наземных станциях систем навигации, так и на самих спутниках. Принцип работы системы заключается в том, что каждый из спутников непрерывно передает сигнал, содержащий информацию о нем и значение его временной шкалы.
Принимая этот сигнал на Земле, пользователь может определить время, потребовавшееся сигналу, чтобы добраться до приемника, и вычислить дистанцию до спутника. Если принять одновременно сигнал от четырех спутников, не находящихся на одной линии, можно вычислить все три пространственные координаты точки, в которой находится наблюдатель.
В данный момент точность геопозиционирования напрямую зависит от используемых на борту спутников и в наземных синхронизирующих станциях квантовых стандартов частоты.
Как повысить точность спутниковой навигации?
Точность существующих глобальных навигационных систем составляет 1 метр. Это связано с тем, что в них используются квантовые стандарты частоты микроволнового диапазона, имеющие точность 10-13 — 10-14.
Значительное повышение точности глобальных навигационных систем в данный момент возможно только при переводе их ключевых элементов — наземных и бортовых стандартов частоты — из микроволнового в оптический диапазон.
Повышение точности геопозиционирования до уровня 1–10 сантиметров потребует повышения точности часов до уровня относительной погрешности 10-16. Но такая точность позволит совершить качественный скачок во многих областях.
Например, станет возможным прецизионное (высокоточное) сельское хозяйство, когда автоматы смогут обеспечить индивидуальный подход для каждого растения и животного. Также это поможет развивать технологии умных домов и городов.
Ожидается, что рынок устройств и приложений, требующих точности на уровне 1–10 сантиметров, уже к 2025 году достигнет более 190 миллиардов евро.
При достижении точности часов выше 10-18 открывается новая возможность — гравитационная навигация. Принцип действия «обычной» навигации основывается на использовании электромагнитного излучения: мы видим объекты вокруг нас в оптическом или радиодиапазоне и определяем местоположение относительно них.
Вместо этого можно использовать квантовые стандарты частоты в качестве приборов, измеряющих гравитационное поле объектов.
В соответствии с теорией относительности гравитационные поля могут влиять на скорость течения времени, поэтому сверхточные часы могут фиксировать гравитационные аномалии.
Узнайте, насколько хорошо вы усвоили материалы модуля.
ПРОВЕРИТЬ СЕБЯКоаксиальный кабель в системах видеонаблюдения
Радиочастотный коаксиальный кабель обозначают аббревиатурой и маркировкой РК (на англ. RG – radio guide – радиочастотный волновод). Самыми распространёнными сериями кабеля при использовании в системах видеонаблюдения являются кабели RG59/U, RG6/U, RG11/U, РК75-4-15 и РК75-4-37 – дополнительные обозначения указывают форму, размеры и характеристику проводника, что необходимо учитывать при выборе кабеля для системы видеонаблюдения с учетом условий объекта и используемых устройств.
Конструкция коаксиального кабеля
Основными элементами являются:
1.
Центральная жила.
2. Диэлектрический изоляционный материал.
3. Токопроводящая оплётка или экран.
4. Внешняя защитная оболочка.
Центральная жила
Центральная жила является главным элементом и используется для передачи видеосигнала. В системах видеонаблюдения используются кабели с полностью медной центральной жилой или стальной с медным покрытием. Последний вариант называют «с неизолированным омеднённым проводом», и такие проводники характеризуются большим сопротивлением контура на частотах видеосигнала и соответственно значительными потерями и искажениями видеоизображения, поэтому применять их в системах видеонаблюдения не рекомендуется.
Чтобы проверить тип жилы в коаксиальном кабеле, посмотрите на его сечение. Если цвет центральной жилы серебристого цвета, значит это стальная жила с медным покрытием. Медная жила в сечении будет полностью золотистого цвета.
По диаметру центральная жила может быть от 14 до 22 калибра.
От калибра жилы зависит активное сопротивления кабеля: чем толще центральная жила, тем меньше сопротивление, а значит, такой кабель подойдёт для передачи видеосигнала на большие расстояния и обеспечит наименьшее количество потерь.
По строению центральная жила может быть:
• Моножильной – один центральный проводник.
• Многожильной – центральный проводник сделан из большого количества проводов малого диаметра скрученных в одну жилу.
Кабели с многожильным центром используется преимущественно внутри зданий и в местах с большим количеством изгибов и сложной структурой монтажа, поскольку является более гибким и устойчивым к изломам при деформациях.
Диэлектрический изоляционный материал
Диэлектрический изоляционный материал применяется как оболочка центральной жилы и выполняется из материала полиуретана или полиэтилена. По структурной особенности материала диэлектрик может быть пористый (вспененный) или твердый (полностью однородный).
Вспененный диэлектрик предаёт кабелю определённую гибкость, что позволяет легко уложить кабель по самым различным основаниям, также пористый диэлектрик характеризуется меньшими потерями при относительной длине, однако высока вероятность пропуска наводок и впитывания влаги.
Кабель с диэлектриком из твёрдого полиуретана гораздо жестче и лучше сохраняет свою форму, а также устойчивее к сдавливаниям и защемлениям.
Оплётка или экран
Медная оплётка (экран) располагается снаружи диэлектрического материала и представляет собой второй проводник (как правило, заземлённый), который используется для передачи сигнала от камеры на устройства приёма (монитор, регистратор). Оплётка радиочастотного коаксиального кабеля обеспечивает защиту – экранизацию центральной жилы от наводок и электромагнитных помех, что неблагоприятно сказываются на выходном видеосигнале – образуются помехи, искажения, смазывания и прочее.
Качество экрана зависит от содержания медного материала в оплётке.
Большее содержание меди и утолщенная оплётка обеспечивают самое лучшее экранирование видеокабеля. При прокладке радиочастотного кабеля вблизи источников с возможным образованием наводок и электромагнитных помех (силовые кабеля, электрооборудование, распределительные электрошкафы и т.д.) следует выбирать кабель с двойной оплёткой, а для наилучшего эффекта помещать его в металлорукав или специальную гофро-трубу. Также хорошими пропускающими свойствами обладают кабеля с двойным экранированием для защиты от наводок — медной оплёткой и фольгой.
Внешняя защитная оболочка кабеля
Внешняя оболочка – это наружное покрытие, которое обеспечивает защиту проводки от механических повреждений и воздействия окружающей среды.
По используемому материалу оболочки и его особенностям разделяют такие виды:
• Оболочка из поливинилхлоридного пластиката – кабеля с такой оболочкой имеют белый или серый цвет и подходят для внутренней эксплуатации.
• Оболочка из светостабилизированного полиэтилена – коаксиальные кабеля из ПЭ применяются для наружной укладки, так как имеют хорошие защитные свойства от воздействий окружающей среды (влага, мороз, жара).
Кабель для уличной прокладки в может также оснащаться несущим тросом из оцинкованных проволок, что позволяет произвести монтаж кабеля на подвесках, опорах и прочих конструкциях.
В последнее время в качестве материала диэлектрика и внешней оболочки начали использовать фторопласт (тефлон), который характеризуется огнестойкостью и отсутствием выделения ядовитых материалов при горении.
Существуют также кабели, предназначенные специально для укладки в грунт. Такой кабель оснащен влагостойкой защитой и специальной ПНД-оболочкой.
Волновое сопротивление
Волновое сопротивление кабеля характеризует качество и возможности передачи проводника и зависит от толщины провода, используемых материалов, сечения главной жилы, толщины оплётки. Все элементы видеосистемы, участвующие в передаче/приёме сигнала должны иметь одинаковое волновое сопротивление.
В системах видеонаблюдения рекомендуют применять 75-омный кабель, поскольку он соответствует нагрузке волнового сопротивления стандартных видеоустройств, характеризуется минимальных уровнем потерь, искажений и отражений.
Коаксиальный кабель также различают по толщине:
• Тонкий – толщина до 0,5 см, слабая оплётка, диэлектрик и оболочка, используются для передачи видеоизображений на расстояние не более 200 метров.
• Толстый – толщина до 1 см, двойная оплётка, толстый диэлектрик и оболочка. Могут использоваться для передачи сигнала на расстояние 500 и более метров.
Комбинированный кабель
Комбинированный кабель для видеонаблюдения совмещает в себе коаксиальный провод и дополнительные провода для подключения электропитания к видеокамерам и вызывным видеопанелям для домофонов (ШВЭВ, КВК-В-2х0.5, КВК-П-2х0,75 и др).Использование комбинированного кабеля (КВК, КВТ) существенно упрощает монтаж, поскольку вам не потребуется отдельно прокладывать несколько проводов.
К тому же цена такого кабеля значительно дешевле суммы двух отдельных кабелей РК и НВМ, входящих в его состав. Он также может дополняться экранированным проводом для передачи звука с видеокамер (ККСПЭВ). Основные обозначения и особенности КВК кабелей:
• КВК-В – в оболочке из ПВХ пластиката для внутренней установки;
• КВК-П – оболочка выполнена из светостабилизированного полиэтилена, используется для наружной прокладки;
• КВК-Пт – комбинированный кабель в светостабилизированной полиэтиленовой оболочке с несущим стальным тросом.
• ККСВГ и ККСПГ — это комбинированные кабели с многопроволочным внутренним проводником радиочастотного элемента.
• ККСВ и ККСП — комбинированные кабели с однопроволочным внутренним проводником радиочастотного элемента.
• Кабель КВКнг (например, КВКнг 768, КВКнг 2х2х1, КВКнг 2х2х 0.5) и другие — универсальный кабель для промышленных сетей передачи данных. Оболочка кабеля выполнена из ПВХ пластиката пониженной горючести.
Советы по выбору и эксплуатации кабеля
1. Прежде всего, ознакомьтесь с маркировками кабеля и их обозначениями.
2. Также можно воспользоваться техническими характеристиками РК / RG кабелей, чтобы оценить их особенности.
3. Коаксиальный кабель легко набирает наводки, поэтому при монтаже следует отступать от силовых линий минимум 0,5 м.
4. Изгиб кабеля должен быть не менее 5 его диаметров (при сильном изгибе меняется его сопротивление).
5. Не превышайте рекомендуемую длину кабеля, указанную в таблице, поскольку это приведёт к потерям частоты и информативности видеоизображения.
6. Устанавливая BNC или RCA разъёмы на протяженных линиях, используйте припайку вместо накрутки.
7. Нельзя проводить кабель петлёй или допускать самопересечение.
8. Экранную оплётку нужно заземлять.
9. Всю линию кабеля необходимо исполнять одним цельным куском.
Как проверить кварцевый осциллятор?
Каталог
| Введение |
| Функции кварцевого генератора |
| Типы кварцевых генераторов |
| Симптомы неисправности кварцевого генератора |
| Как протестировать кварцевый генератор? |
| Заключение |
Введение
Рис.
1: Кварцевый генератор
Электрическую цепь кварцевого типа можно назвать кварцевым генератором, если элементом, определяющим частоту кварца, является пьезоэлектрический резонатор, более известный как кристалл.
В электронике компонент, определяющий частоту, обычно называют кристаллом. Этот компонент состоит из пластины из кристалла кварца или керамики, к которой прикреплены электроды. В большинстве случаев схема кварцевого генератора работает по принципу обратного пьезоэлектрического эффекта.
При приложении электрического поля некоторые материалы подвергаются механической деформации. Кварцевые генераторы обладают рядом преимуществ, которые делают их предпочтительными для использования в микроконтроллерах. Эти преимущества включают высокочастотную генерацию, точность, компактность, низкую стоимость и низкое энергопотребление.
Кварцевые генераторы хорошо известны своей стабильностью и долговечностью, что способствует их широкой популярности. Кварцевые генераторы эффективно поддерживают стабильный выходной сигнал в течение длительного периода времени.
Функции кварцевого генератора
Рис. 2. Кварцевый генератор конкретные материалы.
Таким образом, механический резонанс вибрирующего кристалла состоит из пьезоэлектрического вещества для генерации электрического сигнала на определенной частоте.
Эти кварцевые генераторы имеют очень высокую степень стабильности, превосходное качество, очень компактны и доступны по разумной цене. Следовательно, по сравнению с другими типами резонаторов, такими как LC-схемы, вращающиеся вилки и т. д., схемы кварцевых генераторов превосходят по своим характеристикам.
Микропроцессоры и микроконтроллеры часто используют кварцевый генератор с частотой 8 МГц. Электрическая цепь, сравнимая с действием кристалла, также отображает это действие.
Индуктивность L1 используется для представления массы кристалла, емкость C1 используется для описания податливости, сопротивление R1 используется для представления внутреннего трения кристалла, а емкость C0 используется для представления емкости в результате механического формования кристалла.
.
Эти основные компоненты используются в схеме. В схематическом изображении кварцевого генератора присутствуют как последовательный, так и параллельный резонанс, что приводит к двум резонансным частотам.
Для возникновения последовательного резонанса реактивное сопротивление, создаваемое емкостью C1, должно быть равно и противоположно реактивному сопротивлению, создаваемому индуктивностью L1. Частота fs указывает на последовательную резонансную частоту, тогда как частота fp представляет собой параллельную резонансную частоту.
Типы кварцевых генераторов
Многие электронные приложения требуют источника частоты, который удовлетворяет определенным требованиям для надлежащего функционирования. Кварцевые генераторы представляют собой источники частоты, которые могут обеспечить выходной сигнал для вышеупомянутых целей. Кварцевые генераторы могут принимать несколько различных форм.
XO — кварцевый осциллятор
и имеет постоянную частоту.
Эта особая разновидность кварцевых генераторов охватывает широкий диапазон частот.
Предлагается в различных корпусах (SMD и THD) и с различной выходной логикой (HCMOS, True Sine Wave, LVPECL, HCSL и LVDS соответственно). Существует множество различных типов, которые предоставляют опцию функции с тремя состояниями.
VCXO — кварцевый генератор, управляемый напряжением
Кварцевый генератор с управлением напряжением доступен в различных размерах и типах корпусов (SMD и THD) и может обеспечивать следующие типы выходной логики: CMOS, LVPECL, LVDS, HCSL или True Sine Wave. Tri-State, Low Phase Noise и Low Jitter — некоторые другие возможности.
TCXO — кварцевый генератор с температурной компенсацией
Кварцевый осциллятор с температурной компенсацией может компенсировать смещение частоты благодаря чувствительной к температуре коррекции.
Доступны корпуса различных размеров и типов (SMD и THD).
Обрезанная синусоида и КМОП — два самых популярных типа выходной логики. Варианты стабильности частоты и температурного диапазона включают низкий джиттер, низкий фазовый шум и работу в трех состояниях.
OCXO — кварцевый осциллятор, управляемый духовкой
Рис. 6. Кварцевый генератор, управляемый духовкой
Это поддерживает стабильную температуру как для кристалла, так и для схемы генератора.
OCXO находят широкое применение в профессиональных областях, таких как радиовещание, спутниковая связь и телекоммуникации. Доступны различные варианты упаковки, выходной логики и степени допуска частоты в зависимости от температурного диапазона.
Признаки неисправности кварцевого генератора
Когда электрическая плата нагревается, кварцевый генератор может стать нестабильным или иметь проблемы. Кроме того, это может вызвать проблемы, которые носят периодический характер и могут привести к тому, что микропроцессор в электрических устройствах перестанет работать.
Поврежденный кристалл может вызвать различные проблемы, в том числе сбой отображения экранного меню (OSD) на мониторе, спорадическое появление OSD, зависание материнской платы компьютера и многое другое.
Что касается вопроса с кристаллом, то при повышении температуры следует направить фен на кристалл и таким образом изучить проблему с ним. Даже если вам нужно заменить кристалл в электронном оборудовании, вы все равно можете убедиться, что кристалл находится в хорошем состоянии.
Получите такое же значение частоты, замените его и проведите еще один раунд тестирования. Если частота колебаний не наблюдается, значительно меняется со временем или имеет значение, отличное от заявленного, вероятно, кварцевый генератор неисправен.
Как проверить кварцевый генератор?
Рис. 7: Проверка кварцевого генератора
Для проверки работоспособности кварцевого генератора можно использовать цифровой мультиметр. Определите, где кварцевый генератор расположен в устройстве.
Необходимо искать кварцевый генератор, если он спрятан в электрической цепи.
Кварцевый генератор обычно называют «XTAL», если он подключен к материнской плате компьютера. Частота колебаний устройства будет указана на верхней части самого кварцевого генератора. Подключите щупы к мультиметру, чтобы он мог выполнять измерения.
Оба щупа должны быть подключены: красный щуп подключается к положительной клемме, а черный щуп — к отрицательной клемме. Включите мультиметр, затем перейдите к функции частоты в меню.
Включите оборудование, отвечающее за питание кристального монитора. Тест будет действителен, когда к кварцевому монитору подается электричество. Доведите измерительные щупы мультиметра до соприкосновения с металлическими ножками кварцевого генератора.
Каждая нога должна быть затронута зондом отдельно. Теперь мультиметр должен считать частоту, указанную на корпусе кварцевого генератора, и сопоставить ее с этой частотой.
Если частота колебаний не наблюдается, значительно меняется со временем или имеет значение, отличное от заявленного, вероятно, кварцевый генератор неисправен.
Заключение
Кварцевые генераторы обычно используются для обеспечения значительной емкости нагрузки. Эти высокочастотные генераторы имеют частоту, которая не колеблется, даже если температурный дрейф вызывает изменения параметров транзисторов.
В результате эти осцилляторы считаются стабильными. Из-за этого кварцевые генераторы в результате имеют исключительно высокое качество.
Поддельные кристаллы — Как проверить свой кварц — Soul & Stone Studio
Вы когда-нибудь слышали обо всех поддельных кристаллах? Есть созданный в лаборатории кварц, кристаллы, термообработанные кристаллы, обработанные аурой, а есть откровенные подделки из стекла или смолы. Возможно, вы слышали о расплавленном кварце, расплавленном кварце, наполненном другими материалами, которые в конечном итоге рассеивают его настолько сильно, что он становится стеклом. Есть МНОГО подделок, но это не значит, что это ваша.
Итак, давайте погрузимся и выясним 5 тестов, чтобы отсеять подделки от настоящих вещей.
Вы можете наблюдать за 5 «тестами».
1- Первый и самый надежный тест – это тест на царапанье. Стекло мягче по шкале Мо, поэтому любой кварц сможет легко поцарапать и оставить след на стеклянном кристалле. Если вы поцарапаете кусок кварца кварцевым наконечником, его будет трудно поцарапать, а если вам удастся сделать отметку, то она будет очень слабой. Это очень надежный способ узнать, является ли ваш кварц поддельным или нет. Но, чтобы успокоить свой ум, есть и другие тесты, которые помогут вам действительно почувствовать себя непринужденно.
2- Теперь некоторые подделки будут из смолы. Если да, то смолу легко обнаружить. Он будет гореть и пахнуть пластиком, когда его подожгут. Мы называем это испытанием на сжигание. Если это стекло или кварц, на кристалле останется темное пятно, которое можно стереть. Смола будет ужасно пахнуть, а ее форма со временем деформируется и расплавится.
3- Звуковые тесты! Стекло издает высокий звук при ударе о него кусочком кварца. Кварц, с другой стороны, будет звучать больше как «удар» и звучать немного электрически. Это трудно описать — попробуйте, и вы поймете, что мы имеем в виду. Но не стучите по нему слишком сильно, вы же не хотите сколоть свой прекрасный кристалл.
4- Провести температурный тест. Если вы прикоснетесь к стеклу, оно должно ощущаться как комнатная температура, может быть, чуть прохладнее. Настоящий кварц или любой другой кристалл должен быть холодным на ощупь.
5- И, наконец, ищите пузыри! Сейчас настоящий кварц вроде бы может иметь пузырьки, но если заглянуть под петлю, то это будет травление, а не настоящий пузырь. Есть энгидро, наполненные газом и жидкостью, но они будут выглядеть немного иначе, чем ваши стеклянные пузыри. Хотя этот тест не так надежен, как другие, его легко заметить. Если вы видите пузырь, проведите другие тесты, упомянутые здесь, особенно тест на царапанье, который должен дать вам окончательное решение о том, настоящий у вас кристалл или подделка.
