Схема пирса с кварцем: Схема генератора для проверки кварцевых резонаторов. Генератор Пирса

Схема генератора для проверки кварцевых резонаторов. Генератор Пирса

Простейшая схема генератора для проверки кварцевых резонаторов

Схема Пирса — это, пожалуй, самая проста схема генератора с кварцевым резонатором. В этой схеме резонатор возбуждается на частоте параллельного резонанса. Схема содержит всего несколько деталей. Кроме кварцевого резонатора понадобиться один полевой транзистор с N-каналом, один резистор, один конденсатор и дроссель (катушка индуктивности).

Генератор возбуждается потому, что в схеме присутствует петля положительной обратной связи с истока транзистора на его затвор через конденсатор С и кварцевый резонатор ZQ. Такой генератор обладает очень хорошей стабильностю частоты, которая мало зависит от напряжения питания и температуры окружающей среды. Схему можно использовать как задающий генератор во многих радиолюбительских конструкциях, а также в качестве устройства для проверки работоспособности кварцевых резонаторов.

Компоненты схемы

Конденсатор можно применить любого типа. Хорошо использовать слюдяной конденсатор, но сейчас их достаточно трудно найти в продаже.

Транзистор

Полевой транзистор с каналом N-типа 2N5485 можно купить в магазине радиодеталей, но дешевле будет заказать в Китае на Алиэкспресс. Транзисторы там продаются партиями по несколько десятков штук. Такие транзисторы можно с успехом использовать в целом ряде радиолюбительских конструкций.

Резистор

Любой маломощный резистор сопротивлением около 10 мегаом. Возможно у вас не окажется в хозяйстве резистора с таким высоким сопротивлением. Выпаять его из какой-нибудь старой платы тоже проблематично, так как резисторы с сопротивлением 10 мегаом используются не так часто. Резистор можно купить в магазине или заказать в Китае на Алиэкспресс. Можно также составить его из нескольких резисторов более низкого сопротивления, соединив их последовательно.

Дроссель

Дроссель можно использовать любого типа. Можно намотать его на небольшом ферритовом кольце, измерив индуктивность мультиметром, чтобы она была близка к обозначенной на схеме. Точное значение индуктивности здесь не имеет значение, так как катушка не несет частото-задающей функции. Дроссель служит нагрузкой транзистора по постоянному току, отсекая высокочастотную составляющую.

5.19. Генераторы с кварцевыми резонаторами

Активные фильтры и генераторы

Генераторы

От RC-генератора можно легко добиться стабильности порядка 0,1% при начальной точности установки частоты от 5 до 10%. Это вполне удовлетворительно для многих применений, таких, например, как мультиплексный индикатор карманного калькулятора, где цифры многозначного числа подсвечиваются одна за другой с быстрым чередованием (обычная часто – 1кГц). В каждый момент времени горит только одна цифра, но глаз видит все число. Ясно, что точность здесь не очень важна. Несколько лучше стабильность LC-генераторов — порядка 0.01% в течение разумного промежутка времени. Этого вполне достаточно для гетеродинов радиоприемников и телевизоров.

Для получения по-настоящему стабильных колебаний незаменимы кварцевые генераторы. В них используется кусочек кварца (искусственного — двуокись кремния), вырезанный и отшлифованный таким образом, что он имеет определенную частоту колебаний. Кварц представляет собой пъезоэлектрик (его деформация вызывает появление электрического потенциала, и наоборот), поэтому упругие колебания кристалла могут быть вызваны приложением электрического поля, а эти колебания в свою очередь генерируют напряжение на гранях кристалла. Помещая на поверхность кристалла контакты, можно превратить его в истинный схемный элемент, эквивалентный некоторой RLC-схеме, заранее настроенной на определенную частоту. В самом деле эквивалентная схема этого элемента содержит два конденсатора, дающих пару близко расположенных резонансных частот — последовательного и параллельного резонанса (рис. 5.47), отличающихся друг от друга не более чем на 1%. Результат этого эффекта — резкое изменение реактивного сопротивления с частотой (рис. 5.48). Высокая добротность Q кварцевого резонатора (обычно около 10000) и хорошая стабильность делают естественным его Рис. 5.48. применение как задающего элемента в генераторах и фильтрах с улучшенными параметрами. В схемах с кварцевыми резонаторами, как и в LC-генераторах, вводят положительную обратную связь и обеспечивают надлежащее усиление на резонансной частоте, что ведет к автоколебаниям.

Рис. 5.47.

Рис. 5.48.

На рис. 5.49 показаны некоторые схемы кварцевых генераторов. На рис. 5.49, а показан классический генератор Пирса, в котором используется обычный полевой транзистор (см. гл. 3). На рис. 5.49, б изображен генератор Колпитца с кварцевым резонатором вместо LC-контура. В схеме на рис. 5.49, в в качестве обратной связи используется сочетание биполярного n-p-n — транзистора и кварцевого резонатора. Остальные схемы генерируют выходной сигнал с логическими уровнями при использовании цифровых логических функций(рис 5.49, г и д).

Рис. 5.49. Схемы с кварцевыми резонаторами, а — генератор Пирса, б — генератор Колпитца.

На последней диаграмме показаны схемы кварцевых генераторов, построенные ИС МС12060/12061 фирмы Motorola. Эти микросхемы предназначены для использования, совместно с кварцевыми резонаторами, диапазона частот от 100 кГц до 20 МГц и спроектированы таким образом, что обеспечивают прекрасную стабильность частоты колебаний при тщательном ограничении его амплитуды с помощью встроенного амплитудного дискриминатора и схемотехнического ограничителя. Они обеспечивают формирование выходных колебаний как синусоидальной, так и прямоугольной формы (с ТТЛ и ЭСЛ логическими уровнями).

В качестве альтернативы, а именно в тех случаях, когда достаточно иметь выходное колебание только прямоугольной формы и не предъявляются предельные требования по стабильности, можно применять законченные модули кварцевых генераторов, которые обычно выпускаются в металлических DIP-корпусах. Они предлагают стандартный набор частот например, 1, 2, 4, 5 6, 8 10 16 и 20 МГц), а также «странные» частоты, которые обычно используются в микропроцессорных системах (например, частота 14,31818 МГц используется в видеоплатах. Эти «кварцевые модули тактовой частоты», как правило, обеспечивают точность (в диапазоне температур, напряжений источника питания и времени) только 0,01% (10

-4), однако они дешевы (от 2 до 11 Долл.) и вам не приходится строить схему. Кроме того, они всегда дают устойчивые колебания, тогда как при создании собственного генератора этого не всегда удается добиться. Функционирование схем генераторов на кварцевых ректорах зависит от электрических свойств самого кристалла (таких, как последовательный или параллельный режим колебаний, эффективное последовательное сопротивление и емкость монтажа), которые не всегда полностью известны. Очень часто вы можете найти, что хотя ваш самодельный кварцевый генератор и возбуждается, но на частоте, которая не соответствует той, которая указана на кварцевом резонаторе. В наших собственных изысканиях в области схем дискретных кварцевых генераторов бывало всякое.

Кварцевые резонаторы выпускаются на диапазон от 10 кГц до 10 МГц, а у некоторых образцов высокие обертоны доходят до 250 МГц. Для каждой частоты нужен свой резонатор, но для наиболее употребительных частот резонаторы выпускаются серийно. Всегда легко достать резонаторы на частоты 100 кГц, 1, 2, 4, 5 и 10 МГц. Кварцевый резонатор на частоту 3.579545 МГц (стоящий меньше доллара) применяется в генераторе импульсов цветности телевизоров. Для электронных наручных часов нужна частота 32,768 кГц (или 215 Гц), и вообще, часто нужны частоты, равные 2 какой-то степени Гц. Кварцевый генератор можно регулировать в небольшом диапазоне с помощью последовательно или параллельно включенных конденсаторов переменной емкости (см. рис. 5.49, г). Благодаря дешевизне кварцевых резонаторов всегда имеет смысл рассмотреть возможность их применения в тех случаях, когда RС-релаксационные генераторы работают на пределе своих возможностей.

При необходимости стабильную частоту кварцевого генератора можно «подгонять» электрическим способом в небольших пределах с помощью варактора. Такая схема называется УНКГ (управляемый напряжением кварцевый генератор), при этом удается соединить прекрасную стабильность кварцевых генераторов с регулируемостью LC-генераторов. Покупка коммерческого УНКГ, вероятно, является наилучшим решением проблем, возникающих при собственном проектировании. Стандартные УНКГ обеспечивают максимальные отклонения центральной частоты от номинала порядка ±10^-5 — ±10^-4, хотя имеются образцы с более широким диапазоном (вплоть до ±10^-3).

Без особых усилий можно с помощью кварцевого резонатора обеспечить стабильность частоты порядка нескольких миллионных долей в нормальном температурном диапазоне. Применяя схемы температурной компенсации, можно построить температурно-компенсированный кварцевый генератор (ТККГ) с несколько улучшенными параметрами. Как ТККГ, так и некомпенсированный генератор выпускаются в виде готовых модулей разными фирмами, например фирмами Biley, CTS Knights, Motorola, Reeves Hoffman, Statek и Vectron. Они бывают разных габаритов, иногда не больше корпуса DIP или стандартного корпуса для транзисторов ТО-5. Дешевые модели обеспечивают стабильность порядка 10

-6 в диапазоне от 0 до 50°С, дорогие — порядка 10^-7 в том же диапазоне.

Температурно-компенсированные генераторы. Чтобы получить сверхвысокую стабильность, может понадобиться кварцевый генератор, работающий в условиях постоянной температуры. Обычно для этих целей используется кристалл с практически нулевым температурным коэффициентом при несколько повышенной температуре (от 80° до 90 °С), а также термостат, который эту температуру поддерживает. Выполненные подобным образом генераторы выпускаются в виде небольших законченных модулей, пригодных для монтажа и включаемых в приборы, на все стандартные частоты. Типичным модулем генератора с улучшенными характеристиками служит схема 10811 фирмы Hewlett-Packard. Она обеспечивает стабильность порядка 10

-11 в течение времени от нескольких секунд до нескольких часов при частоте 10 МГц.

Если температурная нестабильность снижена до очень малых значений, то начинают доминировать другие эффекты: «старение» кристалла (тенденция частоты к уменьшению с течением времени), отклонения питания от номинала, а также внешние влияния, например удары или вибрации (последнее представляет собой наиболее серьезные проблемы в производстве кварцевых наручных часов). Один из способов решения проблемы старения: в паспортных данных генератора указывается скорость снижения частоты — не более 5·10^-10 в день. Эффект старения возникает частично из-за постепеннее снятия деформаций, поэтому через несколько месяцев с момента изготовления этот эффект имеет тенденцию к устойчивому снижению, по крайней мере для хорошо сделанных кристаллов. Взятый нами за образец генератор 10811 имеет величину эффекта старения не более 10

-11 в день.

В тех случаях, когда стабильность термостатированных кристаллов уже недостаточна, применяются атомные стандарты частоты. В них используются микроволновые линии поглощения в рубидиевом газонаполненном элементе или частоты атомных переходов в пучках атомов цезия в качестве эталонов, по которым стабилизируется кварцевый резонатор. Таким образом можно получить точность и стабильность порядка 10^-12. Цезиевый стандарт является официальным эталоном времени в США. Эти стандарты вместе с линиями передачи времени принадлежат Национальному бюро стандартов и Морской обсерватории. Как последнее средство для самых точных частот, где нужна стабильность порядка 10^-14, можно предложить мазер на атомарном водороде. Последние исследования в области создания точных часов сосредоточиваются на технических приемах, использующих «охлажденные ионы», которые позволяют достигать даже еще лучшей стабильности. Многие физики считают, что можно достичь окончательной стабильности 10^-18.

Схемы, не требующие пояснении

Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи / Арсенал-Инфо.рф

Трехточечные кварцевые генераторы

Среди радиолюбителей, занимающихся конструированием миниатюрных транзисторных радиопередатчиков и радиомикрофонов весьма популярны схемотехнические решения кварцевых ВЧ-генераторов с трехточечным включением резонансного контура. В таких генераторах, как и в трехточечных LC-генераторах, подключение резонансного контура к активному элементу осуществляется в трех точках. При этом, в зависимости от схемы включения по переменному току транзистора активного элемента кварцевого трехточечного генератора возможны три основных варианта включения как индуктивной, так и емкостной трехточек: по схеме с общей базой, по схеме с общим эмиттером и по схеме с общим коллектором.

Кварцевый резонатор используется в трехточечных генераторах в качестве элемента с индуктивным характером реактивного сопротивления. Поэтому при выборе схемы генератора с емкостным делителем в цепи обратной связи (емкостная трехточка) можно добиться выполнения условий самовозбуждения без использования катушки индуктивности.

В настоящее время в миниатюрных транзисторных передатчиках чаще всего используются три типа трехточечных кварцевых генераторов, выполненных с использованием емкостного делителя в цепи ПОС. Главное отличие этих схемотехнических решений, называемых по именам их изобретателей, заключается в способе включения транзистора активного элемента по переменному току. В емкостной трехточке по схеме Пирса транзистор включен по схеме с общим эмиттером, в емкостной трехточке по схеме Колпитца – с общим коллектором, а в емкостной трехточке по схеме Клаппа – с общей базой. Упрощенные принципиальные схемы трехточечных кварцевых генераторов указанных типов приведены на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Упрощенные принципиальные схемы кварцевых емкостных трехточек по схеме Пирса (а), по схеме Колпитца (б) и по схеме Клаппа (в)

Весьма интересным представляется схемотехническое решение емкостной трехточки с включением кварцевого резонатора между базой и коллектором транзистора активного элемента (рис. 3.13а). Его впервые предложил американский изобретатель Джордж Пирс (Pierce), поэтому часто такая схема генератора называется схемой Пирса. Принципиальная схема высокочастотного кварцевого генератора по схеме Пирса, выполненного на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, приведена на рис. 3.14. Частота генерируемого сигнала составляет 1 МГц.

Рис. 3.14. Принципиальная схема трехточечного кварцевого генератора по схеме Пирса с частотой 1 МГц

В рассматриваемой схеме активный элемент выполнен на биполярном транзисторе VT1, который по переменному току включен по схеме с общим эмиттером. Стабилизация рабочей точки транзистора обеспечивается с помощью цепи ООС, а режим работы транзистора VT1 по постоянному току определяется величиной сопротивления резистора R1. Особенностью данной схемы является включение кварцевого резонатора BQ1 между базой и коллектором транзистора, то есть в цепи отрицательной обратной связи. При этом значение частоты генерируемых колебаний рекомендуется выбирать немного ниже частоты параллельного резонанса.

При изменении параметров конденсаторов С1 и С2 в данном генераторе можно использовать кварцевые резонаторы с большей частотой. Например, для частот от 10 МГц до 30 МГц емкость этих конденсаторов должна составлять 27 пФ. Соответственно следует уменьшить и индуктивность дроссельной катушки L1.

Отличительной особенностью кварцевых генераторов, выполненных по схеме Пирса, является сравнительно высокая стабильность частоты генерируемого высокочастотного сигнала, поскольку на добротность кварцевого резонатора параметры подключаемых к нему элементов практически не оказывают заметного влияния. В то же время амплитуда выходного сигнала в значительной мере зависит от стабильности положения рабочей точки транзистора. Поэтому нередко используются схемотехнические решения, в которых для стабилизации положения рабочей точки транзистора активного элемента применена и так называемая классическая мостовая схема.

Принципиальная схема высокочастотного кварцевого генератора по схеме Пирса с использованием классической схемы стабилизации положения рабочей точки транзистора, приведена на рис. 3.15. В данном случае частота генерируемого сигнала может составлять от 1 МГц до 3 МГц.

Рис. 3.15. Принципиальная схема кварцевого трехточечного генератора по схеме Пирса с частотой от 1 МГц до 3 МГц

Как и в рассмотренной ранее схеме активный элемент генератора выполнен на биполярном транзисторе VT1, который по переменному току включен по схеме с общим эмиттером. Однако в данной схеме положение рабочей точки транзистора VT1 определяется соотношением величин сопротивлений резисторов R1 и R2, образующих делитель напряжения в цепи базы транзистора. В состав мостовой схемы стабилизации положения рабочей точки в данном случае помимо резисторов R1 и R2 входит резистор R3, включенный в цепи эмиттера транзистора VT1. По высокой частоте резистор R3 образует цепь положительной обратной связи, глубина которой уменьшается подключением конденсатора С3. Таким образом, стабилизация положения рабочей точки обеспечивается использованием цепи отрицательной обратной связи по току за счет подключения резистора R3 и конденсатора С3 в цепь эмиттера транзистора VT1. Более подробно принцип действия такой цепи ООС был рассмотрен в соответствующем разделе одной из предыдущих глав.

Для того, чтобы каскад начал работать в режиме генерации колебаний, необходимо обеспечить сдвиг фазы между выходом и входом активного элемента на 180°. Выполнение этого условия обеспечивается соответствующим включением конденсаторов С2, С4 и С5. Емкости конденсаторов С2 и С4 следует выбирать максимально возможными, однако их величины ограничены возможностями транзистора VT1 по обеспечению самовозбуждения каскада. Поэтому в данной конструкции рекомендуется применять транзистор с максимальным усилением по току. Напомним, что рассматриваемое схемотехническое решение основано на использовании индуктивной составляющей комплексного сопротивления кварцевого резонатора BQ1, который работает в режиме, близком к режиму параллельного резонанса. Резонансную частоту в незначительных пределах можно регулировать с помощью подстроечного конденсатора С1, который включен последовательно с кварцевым резонатором BQ1.

На конденсаторах С4 и С5 собран емкостной делитель, с которого снимается выходной сигнал. Входное комплексное сопротивление активного элемента генератора определяется величиной емкости конденсатора С2, а выходное – емкостями конденсаторов С4 и С5. Емкость конденсатора С5 сравнительно велика, поэтому его емкостным сопротивлением в данном случае можно пренебречь. Этот конденсатор обеспечивает благоприятные условия для снятия выходного сигнала с коллектора транзистора VT1.

Необходимо отметить, что в случае, если напряжение источника питания достаточно велико, высокочастотный дроссель L1 в цепи коллектора транзистора можно заменить обычным резистором.

Данное схемотехническое решение практически без каких-либо изменений можно использовать при построении генератора с более высокой рабочей частотой. Например, при использовании кварцевого резонатора BQ1, имеющего частоту от 3 МГц до 10 МГц емкость конденсатора С1 должна быть уменьшена до 330 пФ, емкость конденсатора С2 – до 150 пФ, а емкость конденсатора С4 – до 1500 пФ. При использовании кварцевого резонатора BQ1, имеющего частоту от 10 МГц до 30 МГц емкость конденсатора С1 должна быть уменьшена до 180 пФ, емкость конденсатора С2 – до 47 пФ, а емкость конденсатора С4 – до 330 пФ.

Для получения более высоких значений частот сигнала используются схемотехнические решения так называемых гармониковых генераторов по схеме Пирса, в которых частота генерации представляет собой одну из нечетных гармоник частоты кварцевого резонатора. Чаще всего это третья, пятая или седьмая гармоники. Однако рассмотрение таких схем выходит за рамки данной книги.

Генераторы Пирса вполне заслуженно считаются генераторами с наилучшей кратковременной стабильностью частоты. Однако недостатком таких схем является сравнительная сложность. К тому же особое внимание следует уделять качественной стабилизации базового тока транзистора. Недостатком генераторов по схеме Пирса можно считать и то, что ни один из выводов кварцевого резонатора не подключен к шине корпуса.

При разработке транзисторных микропередатчиков и радиомикрофонов нередко используется схемотехническое решение трехточечного кварцевого генератора, в котором транзистор активного элемента по переменному току включен по схеме с общим коллектором. При этом кварцевый резонатор, имеющий индуктивный характер реактивного сопротивления, входит в состав параллельного резонансного контура в качестве индуктивной ветви. Емкостная ветвь этого контура образована двумя включенными последовательно конденсаторами, в точку соединения которых подается сигнал с выхода активного элемента (рис. 3.13б). В результате конденсаторы образуют емкостной делитель в цепи положительной обратной связи, поэтому такую схему кварцевого генератора часто называют схемой Колпитца. Принципиальная схема кварцевого трехточечного генератора по схеме Колпитца приведена на рис. 3.16. Частота генерируемого сигнала может составлять от 10 МГц до 25 МГц при выходном эффективном напряжении от 200 мВ до 300 мВ.

Рис. 3.16. Принципиальная схема кварцевого трехточечного генератора по схеме Колпитца с частотой от 10 МГц до 25 МГц

В рассматриваемой конструкции транзистор VТ1 по постоянному току включен по схеме с общим эмиттером. При этом положение рабочей точки транзистора определяется величиной сопротивлений резисторов R1 и R2, образующих делитель напряжения. По переменному току транзистор VТ1 включен по схеме с общим коллектором, поскольку по высокой частоте его коллектор заземлен через конденсатор С5 сравнительно большой емкости.

Высокочастотные колебания возникают в колебательном контуре, включенном по переменному току между базой транзистора VТ1 и шиной корпуса. Резонансный контур образован кварцевым резонатором BQ1 и конденсаторами С1, С2, С3 и С4. Сигнал, сформированный в эмиттерной цепи транзистора VТ1, то есть на выходе активного элемента, подается на емкостной делитель, образованный конденсаторами С3 и С4, входящий в состав резонансного контура. Снимаемое с емкостного делителя напряжение подается во входную цепь активного элемента, а именно на базу транзистора VТ1, в результате чего каскад оказывается охваченным положительной обратной связью. Величина напряжения ОС, и, соответственно, глубина обратной связи, определяется соотношением величин емкостей конденсаторов С3 и С4.

Необходимо отметить, что при стабилизации положения рабочей точки транзистора VT1 указанным способом, то есть с помощью мостовой схемы, в состав которой входят резисторы R1, R2 и R4, резисторный делитель оказывает заметное влияние на добротность кварцевого резонатора BQ1. Это влияние объясняется тем, что при сравнительно высоком входном сопротивлении транзистора элементы указанного делителя выступают в качестве дополнительной нагрузки пьезоэлектрического элемента. В результате уменьшение добротности кварцевого резонатора может привести к ухудшению параметров всего каскада. Решить данную проблему можно либо выбором возможно больших величин сопротивлений резисторов делителя, либо применением более простых схем стабилизации положения рабочей точки транзистора (без резисторного делителя). Однако во втором случае, скорее всего, стабильность положения рабочей точки будет хуже.

Емкость конденсаторов С3 и С4, которые используются в емкостном делителе, следует выбирать возможно большей, особенно если в качестве активного элемента каскада применяется транзистор с менее качественными высокочастотными параметрами. При этом емкость конденсатора С4 в выходной цепи обычно выбирается в 2–3 раза большей, чем емкость конденсатора С3. Высокая суммарная емкость позволяет последовательно с кварцевым резонатором включить цепочку из двух включенных параллельно конденсаторов С1 и С2. Подстроечный конденсатор обеспечивает возможность регулировки рабочей частоты генератора в незначительных пределах.

Рассмотренное схемотехническое решение может стать основой транзисторного генератора с выходной частотой до 100 МГц. Однако в этом случае рекомендуется использовать гармонические составляющие основной частоты генерации. К достоинствам схемы Колпитца следует отнести и то, что один из выводов кварцевого резонатора BQ1 при необходимости может быть подключен непосредственно к шине корпуса. Для этого достаточно исключить из схемы конденсаторы С1 и С2.

Не менее интересным представляется схемотехническое решение емкостной трехточки с включением кварцевого резонатора между эмиттером и коллектором транзистора активного элемента (рис. 3.13в). Такую схему часто называют схемой Клаппа. Принципиальная схема кварцевого трехточечного генератора по схеме Клаппа приведена на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Принципиальная схема кварцевого генератора с включением транзистора по схеме с общей базой (схема Клаппа)

Транзистор VТ1 по постоянному току включен по схеме с общим эмиттером. При этом положение рабочей точки транзистора определяется величиной сопротивлений резисторов R1 и R2, образующих делитель напряжения. По переменному току транзистор VТ1 включен по схеме с общей базой, поскольку по высокой частоте его база заземлена через конденсатор С1 сравнительно большой емкости. Стабилизация положения рабочей точки транзистора VT1 обеспечивается мостовой схемой, в состав которой помимо резисторов R1 и R2 входит резистор R4 в цепи эмиттера транзистора.

Кварцевый резонатор BQ1 включен в выходной цепи активного элемента, между коллектором транзистора VT1 и шиной корпуса. Связь выходной и входной цепей активного элемента обеспечивается включением между коллектором и эмиттером транзистора VT1 емкостного делителя, образованного конденсаторами С3 и С4. Емкости этих конденсаторов следует выбирать максимально возможными, однако не следует забывать о том, что одновременно с их увеличением уменьшается глубина обратной связи, что приводит к ухудшению режима работы кварцевого резонатора BQ1. В данном случае емкостной делитель подключен параллельно резонатору, поэтому его общее емкостное сопротивление должно быть хотя бы в два раза больше, чем внутреннее сопротивление резонатора, для того, чтобы обратная связь имела достаточную глубину. При необходимости величины емкостей конденсаторов С3 и С4 можно уменьшить. Параллельно конденсатору С3 рекомендуется подключить подстроечный конденсатор С5.

Из схемы видно, что для достижения высокого выходного сопротивления каскада величина сопротивления резистора R3 в цепи коллектора транзистора VT1 должна быть большой. Однако реализация этого условия довольно сложна, поскольку одновременно необходимо обеспечить стабильный режим работы транзистора. В этом заключается один из недостатков рассматриваемого схемотехнического решения. Тем не менее, при соблюдении определенного компромисса можно сконструировать генератор с весьма приемлемыми параметрами.

При выборе величины сопротивления резистора R3 не следует забывать о том, что его малое значение одновременно с уменьшением выходного сопротивления каскада приводит к уменьшению добротности кварцевого резонатора, который работает в режиме параллельного резонанса. Увеличить сопротивление резистора R3 можно за счет увеличения напряжения источника питания. При низком напряжении питания вместо резистора R3 рекомендуется включить дроссель.

Генератор Клаппа на основе кварцевого резонатора

В рамках заметки Паяем генератор Клаппа с частотой 11 МГц мы познакомились с генератором на основе LC-контура. В целом, такие генераторы работают, однако не отличаются устойчивостью по частоте. Поэтому сегодня мы рассмотрим аналогичный генератор, но использующий кварц вместо LC-контура.

Схема была найдена в первом томе книги Hands-On Radio Experiments за авторством Ward Silver, NØAX. В книге она приведена с кое-какими неоднозначностями, поэтому была перерисована в KiCad.

Вот что получилось в итоге:

Обратите внимание, что сигнал снимается с базы транзистора и соединение между базой (2) и коллектором (3) отсутствует. Транзистор рекомендуется 2N3904, но если его нет, должен сойти и похожий по характеристикам. Все резисторы — 0.25 Вт 1%, все конденсаторы — NP0, 5%. Кварцевый резонатор должен быть той частоты, какой вы хотите получить сигнал. У меня завалялся лишний резонатор на 6 МГц, его я и использовал.

Fun fact! Вместо конкретного кварца можно впаять гнезда с шагом 2.54 мм. Тогда вместо генератора получится тестер кварцевых резонаторов.

Схема была собрана на односторонней плате для прототипирования с использованием выводных компонентов:

Напомню, что соединения в подобных схемах должны быть как можно короче. Если не лень заморочиться, лучше использовать SMD компоненты. Напомню также, что если вы хотите сделать такую схему на макетке, берите резонатор на 1-2 МГц. Из-за паразитных эффектов генератор на большую частоту вряд ли заведется на макетке.

Осциллограф показал мне следующее:

Если добавить буфер, как это было описано в прошлой статье, сигнал будет выглядеть красивее. При этом генератор будет выдавать в нагрузку 50 Ом около -16 dBm на своей основной частоте. Заинтересованным читателям предлагается доработать схему соответствующим образом в качестве упражнения.

Плывет ли генератор, можно проверить с помощью анализатора спектра, установив Span в 1 кГц, RBW — в 10 Гц, и воспользовавшись функцией Max Hold. За неимением анализатора спектра можно воспользоваться RTL-SDR. Генератор стоит на своей частоте, словно его прибили гвоздями. Если нагреть его зажигалкой или охладить при помощи баллона со сжатым газом, то частота уплывает не более, чем на ±110 Гц. Для сравнения, частота сделанного нами в прошлый раз LC-генератора изменяется в пределах ±15 кГц просто при комнатной температуре.

Если вам хочется узнать больше о кварцевых резонаторах, могу порекомендовать видео «Frequency Generation: Crystals and Ring Oscillators» (части один, два, три и четыре) на YouTube-канале The Signal Path. А у меня на этом все.

Дополнение: Вас также могут заинтересовать статьи Кварцевый генератор на логическом инверторе 74HC04 и Генератор переменной частоты Super VXO.

Метки: Электроника.

Радио для всех — Кварц

 

 

Кварцевые кристаллы широко используются в современных электронных схемах как высококачественные настроенные схемы или резонаторы.

Несмотря на свою высокую производительность, кристаллы кварца дешевы в производстве, и они находят много применений в микропроцессорной технике так и традиционной радиочастотной. Как следует из названия, резонаторы изготовлены из кварца — естественной формы кремния, хотя в настоящее время большинство из них сделаны искусственно.Сегодня кварцевые резонаторы доступны во многих размерах и форматах в соответствии с требованиями большинства применений. От небольших устройств с поверхностным креплением до более крупных с отверстиями для гнезд с множеством размеров и форматов.

 

Обозначение	Реальный вид

 

При помещении в электронную схему кварцевый кристалл действует как настроенная схема. Однако он имеет исключительно высокую добротность. Используются в двух основных видах применений, а именно в качестве резонансного элемента в генераторах, и в частотных фильтрах. В обоих применениях очень высокая добротность резонатора Q позволяет достичь очень высоких уровней производительности.

 

Природный кристалл

 

При выборе кварцевого резонатора существует много параметров, которые необходимо знать. Многие из них довольно просты, к примеру цифры допуска. Однако как и любая настроенная схема, кристалл может иметь параллельный или последовательный вид резонанс,. Если кристалл должен иметь параллельный резонанс, тогда необходимо будет выбрать емкость нагрузки. Это необходимо, потому что любая емкость на кристалле слегка изменит свой резонанс. Обычно это может быть 30 пФ, но это будет зависеть от схемы, которая будет использоваться. Когда источник напряжения приложен к небольшому тонкому куску кварцевого кристалла, он начинает изменять форму, создавая характеристику, известную как пьезоэлектрический эффект . Пьезоэлектрический эффект является свойством кристалла, посредством которого электрический заряд создает механическую силу, изменяя форму кристалла, и наоборот, механическая сила, приложенная к кристаллу, создает электрический заряд. Тогда пьезоэлектрические устройства можно классифицировать как преобразователи, так как они преобразуют энергию одного вида в другую. Кварц представляет собой очень малую тонкую деталь или пластину из разрезаемого кварца с двумя параллельными поверхностями, металлизированными для осуществления необходимых электрических соединений. Физический размер и толщина куска кварцевого кристалла строго контролируются, так как он влияет на конечную или основную частоту колебаний. Основная частота обычно называется «характеристической частотой» кристаллов. После вырезания и формования кристалл не может использоваться на любой другой частоте. Другими словами, его размер и форма определяют его основную частоту колебаний. Характерная или характерная частота кристаллов обратно пропорциональна его физической толщине между двумя металлизированными поверхностями. Механически вибрирующий кристалл может быть представлен эквивалентной электрической цепью, состоящей из низкого сопротивления R , большой индуктивности L и малой емкости C, как показано ниже.

 

Эквивалентная модель кварцевого кристалла

 

Эквивалентная электрическая схема для кристалла кварца показывает последовательную схему RLC , которая представляет механические колебания кристалла, параллельно с емкостью Cp, которая представляет электрические соединения с кристаллом. Кварцевые кварцевые генераторы имеют тенденцию работать в направлении своего «последовательного резонанса». Эквивалентный импеданс кристалла имеет последовательный резонанс, где Cs резонирует с индуктивностью, Ls на рабочей частоте кристаллов. Эта частота называется частотой серии кристаллов, ƒs . Как и эта частота серии, есть вторая точка частоты, созданная в результате параллельного резонанса, созданного, когда Ls и Cs резонируют с параллельным конденсатором Cp, как показано.

 

Сопротивление кристалла по отношению к частоте

 

Наклон импеданса кристаллов выше показывает, что при увеличении частоты на его клеммах. На определенной частоте взаимодействие между последовательным конденсатором Cs и индуктором Ls создает последовательный резонансный контур, сводящий импеданс кристаллов к минимуму и равный Rs . Эта частотная точка называется резонансной частотой кристаллов ƒs, а ниже ƒs кристалл является емкостным. При увеличении частоты выше этой резонансной точки, кристалл ведет себя как индуктор, пока частота не достигнет своей параллельной резонансной частоты ƒp . В этой частотной точке взаимодействие между индуктором серии Ls и параллельным конденсатором Cp создает параллельную настроенную цепь контура LC, и, таким образом, полное сопротивление кристалла достигает своего максимального значения. Тогда мы можем видеть, что кварцевый кристалл представляет собой комбинацию последовательных и параллельных резонансных контуров, осциллирующих на двух разных частотах с очень малой разницей между ними в зависимости от разреза кристалла. Кроме того, поскольку кристалл может работать как на своей серии, так и на параллельном резонансе, кварцевая схема генератора должна быть настроена на ту или иную частоту, поскольку вы не можете использовать их вместе. Поэтому, в зависимости от характеристик схемы, кварцевый кристалл может действовать либо как конденсатор, индуктор, последовательный резонансный контур, либо как параллельный резонансный контур, и чтобы продемонстрировать это более четко, мы можем также построить реактивное сопротивление кристаллов по частоте, как показано.

Критическая реактивность и частота

 

Наклон реактивности от частоты выше показывает, что последовательное реактивное сопротивление на частоте ƒs обратно пропорционально Cs, потому что ниже ƒs и выше ƒp кристалл появляется емкостным. Между частотами ƒs и ƒp кристалл оказывается индуктивным, поскольку две параллельные емкости компенсируются.

Тогда формула для резонансной частоты серии кристаллов ƒs задается как:

Резонансная частота

Параллельная частота резонанса, ƒp возникает , когда реактивное сопротивление последовательного участка LC равно реактивности параллельного конденсатора Cp и задается как:

Параллельная резонансная частота

Пример кварцевого кристалла Пример №1

Кристалл кварца имеет следующие значения: Rs = 6.4Ω , Cs = 0.09972pF и Ls = 2.546mH . Если емкость на его клемме, Cp измеряется при 28,68 пФ , Рассчитайте основную частоту колебаний кристалла и ее вторичную резонансную частоту.

Резонансная частота серии кристаллов, ƒ S

Параллельная резонансная частота кристалла, ƒ P

Мы видим, что разница между ƒs , основной частотой кристалла и ƒp мала на частоте около 18kHz (10.005MHz — 9.987MHz). Однако во время этого частотного диапазона Q-фактор (Фактор качества) кристалла чрезвычайно высок, поскольку индуктивность кристалла намного выше его емкостных или резистивных значений. Коэффициент добротности нашего кристалла на частоте резонанса серии определяется как:

Коэффициент добротности кристалла

Тогда Q-фактор нашего кристаллического примера, около 25 000, связан с этим высоким соотношением X L / R. Q-фактор большинства кристаллов находится в области от 20000 до 200000 по сравнению с хорошо сконфигурированным LC-контуром, который мы рассмотрели ранее, который будет намного меньше 1000. Это высокое значение добротности также способствует большей стабильности частоты кристалла на его рабочей частоте, что делает его идеальным для построения схем кварцевого генератора. Таким образом, мы видели, что кварцевый кристалл имеет резонансную частоту, подобную той, что имеет электрически настроенный контур цистерны LC, но с гораздо более высоким Q- фактором. Это связано главным образом с его низким последовательным сопротивлением, рупий . В результате кристаллы кварца являются отличным компонентом для использования в осцилляторах, особенно в высокочастотных генераторах. Типичные кварцевые генераторы могут колебаться в диапазоне частот от 40 кГц до более 100 МГц в зависимости от их конфигурации схемы и используемого усилительного устройства. Разрез кристалла также определяет, как он будет вести себя, поскольку некоторые кристаллы будут вибрировать на более чем одной частоте, создавая дополнительные колебания, называемые обертонами. Кроме того, если кристалл не имеет параллельной или равномерной толщины, он может иметь две или более резонансных частот как с основной частотой, создающей так называемые, так и гармоники, такие как вторая или третья гармоники. Обычно, хотя основная частота колебаний для кристалла кварца гораздо сильнее или выражена, чем основная частота колебаний и вторичные гармоники вокруг нее, так это и будет использоваться. На вышеприведенных графиках мы видим, что эквивалентная схема кристаллов имеет три реактивных компонента, два конденсатора и индуктивность, так что есть две резонансные частоты, самая низкая — резонансная частота, а наибольшая — параллельная резонансная частота. Мы видели в предыдущих уроках, что схема усилителя будет колебаться, если она имеет коэффициент усиления контура больше или равен единице, а обратная связь положительна. В схеме кварцевого кристаллического осциллятора осциллятор будет колебаться на кристалле основной параллельной резонансной частоты, поскольку кристалл всегда хочет колебаться при приложении к нему источника напряжения. Однако также возможно «настроить» кварцевый генератор на любую четную гармонику основной частоты (2-й, 4-й, 8-й и т. Д.), И они известны в общем случае как гармонические осцилляторы, в то время как генераторы обертонов колеблются с нечетными кратными основной частоты , 3-й, 5-й, 11-й и т. Д.). Как правило, кварцевые генераторы, которые работают на обертоновых частотах, делают это, используя их резонансную частоту.

Генератор Колпитца

Цепи кристаллического генератора обычно строятся с использованием биполярных транзисторов или полевых транзисторов. Это связано с тем, что хотя операционные усилители могут использоваться во многих различных низкочастотных (≤100 кГц) генераторных схемах, операционные усилители просто не имеют ширины полосы частот, чтобы успешно работать на более высоких частотах, подходящих для кристаллов выше 1 МГц.

 

Схема генератора Колпитца

 

Этот тип кристаллических осцилляторов сконструирован вокруг усилителя с общим коллектором (эмиттер-повторитель). Сеть резисторов R 1 и R 2 задает уровень смещения постоянного тока на базе, а эмиттерный резистор R E задает уровень выходного напряжения. Резистор R 2 устанавливается как можно больше, чтобы предотвратить загрузку в параллельный кристалл. Транзистор, 2N4265 — это NPN-транзистор общего назначения, соединенный в общей конфигурации коллектора и способный работать при скоростях коммутации свыше 100 МГц, значительно выше основной частоты кристаллов, которая может находиться в диапазоне между 1 МГц и 5 МГц. Схема, показанная выше в схеме Колпитского кристаллического осциллятора, показывает, что конденсаторы C1 и C2 замыкают выход транзистора, что уменьшает сигнал обратной связи. Поэтому коэффициент усиления транзистора ограничивает максимальные значения C1 и C2 . Амплитуда выходного сигнала должна поддерживаться на низком уровне, чтобы избежать чрезмерного рассеяния мощности в кристалле, в противном случае он может разрушить себя чрезмерной вибрацией.

Кварцевый генератор  Пирса

Другой распространенной конструкцией кварцевого кварцевого генератора является осциллятор Пирса . Осциллятор Пирса очень похож по конструкции на предыдущий осциллятор Колпитца и хорошо подходит для реализации схем кварцевого генератора с использованием кристалла как части его цепи обратной связи.  Осциллятор Пирса представляет собой в основном последовательную резонансную настроенную схему (в отличие от параллельной резонансной схемы генератора Колпитса), которая использует JFET для своего основного усилительного устройства, поскольку FET обеспечивают очень высокие входные импедансы с кристаллом, подключенным между Drain и Gate через конденсатор C1, как показано ниже.

Схема  Пирса

В этой простой схеме кристалл определяет частоту колебаний и работает на своей резонансной частоте, ƒs дает низкий импеданс между выходом и входом. В резонансе имеется фазовый сдвиг 180 o , что делает положительную обратную связь обратной. Амплитуда выходной синусоидальной волны ограничена максимальным диапазоном напряжений на клемме Drain. Резистор R1 контролирует количество обратной связи и привода кристалла, в то время как напряжение на радиочастотном дросселе, RFC изменяется во время каждого цикла. Большинство цифровых часов, часов и таймеров используют осциллятор Пирса в той или иной форме, поскольку он может быть реализован с использованием минимума компонентов. Помимо использования транзисторов и полевых транзисторов, мы также можем создать простой базовый параллело-резонансный кварцевый генератор, похожий на работу с осциллятором Пирса, используя инвертор CMOS в качестве элемента усиления. Основной кварцевый кварцевый генератор состоит из одного инвертирующего логического элемента триггера Шмитта, такого как TTL 74HC19 или CMOS 40106, 4049 типа, индуктивного кристалла и двух конденсаторов. Эти два конденсатора определяют величину емкости нагрузки кристалла. Серийный резистор помогает ограничить ток возбуждения в кристалле, а также изолирует выходной сигнал инверторов от комплексного импеданса, сформированного сетью конденсатор-кристалл.

КМОП-кристалл-генератор

Кристалл осциллирует на своей резонансной частоте. Инвертор CMOS изначально смещен в середине своей рабочей области с помощью резистора обратной связи R1 . Это гарантирует, что Q-точка преобразователя находится в области с высоким коэффициентом усиления. Здесь используется резистор номиналом 1 МОм, но его значение не является критическим, если оно превышает 1 МОм. Дополнительный инвертор используется для буферизации выходного сигнала от генератора к подключенной нагрузке. Инвертор обеспечивает фазовое смещение 180 o , а сеть конденсаторов — дополнительные 180 o , необходимые для колебаний. Преимущество кварцевого генератора КМОП заключается в том, что он всегда автоматически корректируется для поддержания этого фазового сдвига 360 o для колебаний. В отличие от предыдущих кварцевых генераторов на основе транзисторов, которые генерировали синусоидальный выходной сигнал, поскольку генератор CMOS-инвертора использует цифровые логические вентили, выход представляет собой квадратную волну, колеблющуюся между HIGH и LOW. Естественно, максимальная рабочая частота зависит от характеристик коммутации используемого логического элемента.

Микропроцессорные кварцевые часы

Практически все микропроцессоры, микроконтроллеры, ОСТО и ЦП вообще работают с использованием кварцевого кристаллического генератора в качестве устройства определения частоты для генерации их тактового сигнала, поскольку, как мы уже знаем, кварцевые генераторы обеспечивают самую высокую точность и стабильность частоты по сравнению с резистор-конденсатором, ( RC) или индуктивно-емкостные, (LC) осцилляторы. Частота процессора определяет, как быстро процессор может работать и обрабатывать данные с микропроцессором, ПОС или микроконтроллером, имеющим тактовую частоту 1 МГц, означает, что он может обрабатывать данные внутренне один миллион раз в секунду в каждом такте. Как правило, все, что необходимо для создания тактового сигнала микропроцессора, это кристалл и два керамических конденсатора с величинами от 15 до 33 пФ, как показано ниже.

Микропроцессорный генератор

Большинство микропроцессоров, микроконтроллеров и ПИК имеют два контакта генератора OSC1 и OSC2 для подключения к внешней кварцевой кристаллической схеме, стандартной сети генератора RC или даже керамическому резонатору. В этом типе применения микропроцессора Кварцевый Кристальный Осциллятор создает последовательность непрерывных импульсов прямоугольной формы, чья основная частота контролируется самим кристаллом. Эта основная частота регулирует последовательность команд, управляющих процессором. Например, основные часы и системное время.

Пример кварцевого кварцевого генератора №2

Кристаллический кварц после разреза имеет следующие значения: Rs = 1kΩ , Cs = 0,05pF , Ls = 3H и Cp = 10pF . Вычислите ряд кристаллов и параллельные колебательные частоты.

Частота колебания серии определяется как:

Параллельная частота колебаний задается как:

Тогда частота колебаний для кристалла будет находиться между 411 кГц и 412 кГц .

 

     

Кварцевый резонатор. Конструкция. Принцип работы и свойства…

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про кварцевый резонатор, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое кварцевый резонатор , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

кварцевый резонатор , жарг. кварц — прибор, в котором пьезоэлектрический эффект и явление механического резонансаиспользуются для построения высокодобротного резонансного элемента электронной схемы.

Несмотря на то, что вместо кварца часто используются и другие пьезоэлектрики, например, керамика (Керамический резонатор), прилагательное «кварцевый» является общеупотребительным для всех таких устройств

В современной электронике, особенно в цифровой сложно не найти электронный компонент под названием кварцевый резонатор. По своей сути, кварцевый резонатор является аналогом колебательного контура на основе емкости и индуктивности. Правда, кварцевый резонатор превосходит LC-контур по очень важным параметрам.

Как известно, колебательный контур характеризуется добротностью. Резонаторы на основе кварца обладают очень высокой добротностью, которая недостижима при использовании обычного колебательного LC-контура. Если добротность обычных контуров лежит в пределах 100 – 300, то для кварцевых резонаторов величина добротности достигает 105 – 107.

Ёмкость конденсатора довольно сильно зависит от температуры окружающей среды. У конденсаторов даже есть параметр, который называется ТКЕ (температурный коэффициент емкости). Он показывает насколько измениться емкость конденсатора при изменении температуры.

Естественно, при применении конденсатора в составе LC-контура, частота его колебаний будет очень сильно зависеть от внешней температуры среды. То же касается и индуктивности, у которой также есть своя температурная характеристика — ТКИ.

Понятно, что для использования в цифровой технике (в том числе и в технике связи) требуется более стабильный и надежный источник гармонических колебаний.

Резонаторы на основе кварца обладают очень высокой температурной стабильностью. Именно благодаря высокой добротности и температурной стабильности кварцевые резонаторы применяются в радиотехнике очень активно.

Любой процессор или микроконтроллер работает на определенной тактовой частоте. Понятно, что для задания тактовой частоты необходим генератор. Такой генератор в качестве источника высокоточных гармонических колебаний, как правило, использует кварцевый резонатор. В тех схемах, где высокая добротность не требуется, могут применяться резонаторы на основе керамики – керамические резонаторы. Добротность резонаторов на основе пьезокерамики составляет не более 103. Их можно встретить в пультах дистанционного управления, электронных игрушках, бытовых радиоприемниках.

Принцип работы кварцевого резонатора.

Принцип работы кварцевого резонатора целиком и полностью опирается на пьезоэлектрический эффект. Основой любого кварцевого резонатора является пластинка из кварца. Кварц – это одна из разновидностей кремнезема SiO2. Для изготовления резонаторов пригоден только лишь низкотемпературный кварц, который обладает пьезоэлектрическими свойствами. В природе такой кварц встречается в виде кристаллов и бесформенной гальки. Для изготовления резонаторов используют как натуральный так и синтетический кристал кварца.

Оптический и пьезоэлектрический синтетический кварц применяется в технике, в том числе в персональных компьютерах, оптике и телеметрии, цифровых видеокамерах и фотоаппаратах, радио- и телекоммуникационных устройствах, системах дистанционного управления и автоматического контроля, радарном и радионавигационном оборудовании, для подложек высокого качества, а также в часовой промышленности.
Синтетический кварц, выращенный гидротермальным методом, широко используется в ювелирной промышленности, — особенное его цветные разновидности.
Свойства синтетического кварца

Химическая формула: SiO2
Твердость (шкала Мооса): 7
Плотность: 2,65
Показатель преломления: 1,544 – 1,553
Дисперсия: 0,013
Кристаллическая решетка: тригональная
Диэлектрическая постоянная: 4,5
Температура фазового перехода: 573°C

Кварц-пластины

Кристалл кварца

Синтетический кварц. Большой кристалл~20 см

Химически кварц очень устойчив и не растворяется ни в одной из кислот, за исключением плавиковой. Также кварц очень твердый. На шкале твердости он занимает седьмое место из десяти.

Чтобы изготовить кварцевую пластинку берется кристалл кварца и из него под определенным углом вырезается пластинка. От угла, под которым происходит срез, зависят электромеханические свойства кварцевой пластины. Тип среза существенно влияет на температурную стабильность, количество паразитных резонансов, резонансную частоту.

Далее на две стороны кварцевой пластины наносят металлизированный слой (из серебра, никеля, золота или платины) и посредством жестких проволочных контактов закрепляют в кварцедержателе. Всю эту конструкцию помещают в герметичный корпус.

Кварцевый резонатор в кристаллодержателе

Кварцевый резонатор является электромеханической колебательной системой. Как известно, любая колебательная система обладает своей резонансной частотой. У кварцевого резонатора также есть своя номинальная резонансная частота. Если приложить к кварцевой пластине переменное напряжение, которое совпадает с резонансной частотой самой кварцевой пластины, то происходит резонанс частот и амплитуда колебаний резко возрастает.

При резонансе электрическое сопротивление резонатора уменьшается. В результате получается эквивалент последовательной колебательной системы. Поскольку потери энергии в кварцевом резонаторе очень малы, то он фактически представляет собой электрический колебательный контур с очень большой добротностью.

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора изображена на рисунке.

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора

Здесь С0 – это постоянная (статическая) емкость образующаяся за счет металлических пластин-электродов и держателя. Последовательно соединенные индуктивность L1, конденсатор С1 и активное сопротивление Rакт. отражают электромеханические свойства кварцевой пластинки. Как видим, если отбросить емкость монтажа и кварцедержателя С0, то получиться последовательный колебательный контур.

При монтаже кварцевого резонатора на печатную плату стоит позаботиться о том, чтобы не перегреть его. Эта рекомендация наверняка связана с тем, что конструкция кварцевого резонатора довольно тонкая. Температурный перегрев может вызвать деформацию кварцедержателя и пластинок-электродов. Естественно, все это может отразиться на качестве работы резонатора в схеме.

Также известно, что если кварц нагреть свыше 5730 С, то он превращается в высокотемпературный кварц и лишается своих пьезоэлектрических свойств. Конечно, довести температуру кварца до такой температуры оборудованием для пайки нереально.

Принцип действия кварцевого генератора

На пластинку, кольцо или брусок, вырезанные из кристалла кварца определенным образом, нанесены 2 и более электродов — проводящие полоски.

Пластинка закреплена и имеет собственную резонансную частоту механических колебаний.

При подаче напряжения на электроды благодаря пьезоэлектрическому эффекту происходит изгибание, сжатие или сдвиг в зависимости от того, каким образом вырезан кусок кристалла.

Однако колеблющаяся пластинка в результате того же пьезоэлектрического эффекта создает во внешней цепи противо-ЭДС, что можно рассматривать как явление, эквивалентное работе катушки индуктивности в колебательном контуре.

Если частота подаваемого напряжения равна или близка к частоте собственных механических колебаний пластинки, затраты энергии на поддержание колебаний пластинки оказываются намного ниже, нежели при большом отличии частоты. Это тоже соответствует поведению колебательного контура.

Обозначение кварцевого резонатора.

На принципиальных схемах и в технической документации кварцевый резонатор обозначается наподобие конденсатора, только между пластинами добавлен прямоугольник, который символизирует пластинку кварца. Рядом с графическим изображением указывается буква Z или ZQ.

Условное обозначение кварцевого резонатора на схемах.

Как проверить кварцевый резонатор при диагностических процедурах?

К сожалению, достоверно проверить кварцевый резонатор можно только заменой.

Причиной неисправности кварцевого резонатора может быть сильный удар либо падение электронного прибора, в котором он был установлен. Поэтому если есть подозрение в исправности кварцевого резонатора, то его стоит заменить новым. К счастью в практике ремонта неисправность кварцевого резонатора встречается редко, конечно, есть и исключения, но они относятся к портативной электронике, которую частенько роняют.

История изготовлений различных конструкций кварцевых резонаторов

Кварцевый резонатор в герметичном стеклянном корпусе пальчикового бесцокольного исполнения

Резонатор на 4 МГц в миниатюрном металлическом герметизированном корпусеHC-49/US

Металлические корпуса разнообразных размеров

Пьезоэлектрический эффект был впервые открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 г . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Поль Ланжевен впервые использовал этот эффект в часовом резонаторе гидролокатора перед первой мировой войной. Первый кристальный резонатор, работающий насегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М. Николсоном (Alexander M. Nicholson) из компании Bell Telephone Laboratories, хотя это оспаривалось Уолтером Гейтоном Кэди (Walter Guyton Cady), который изготовилкварцевый резонатор в 1921 году. Некоторые улучшения в кварцевые резонаторы вводились позже Льюисом Эссеном и Джорджом Вашингтоном Пирсом (George Washington Pierce).

Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920—30-х годах. Начиная с 1926 года, кварцевые резонаторы на радиостанциях использовались в качестве задающих несущую частоту элементов. В то же время резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы; только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 000 ед.

Применение. И спациальные типы кварцевых генераторов

Одним из самых популярных видов резонаторов являются резонаторы, применяемые в часовых схемах. Резонансная частота часовых резонаторов 32768 Гц, поделенная на 15-разрядном двоичном счетчике, дает интервал времени в 1 секунду.

Применяются в генераторах с фиксированной частотой, где необходима высокая стабильность частоты. В частности, в опорных генераторах синтезаторов частот и в трансиверных радиостанциях для формирования DSB-сигнала на промежуточной частоте и детектирования SSB или телеграфного сигнала.

Также применяются в кварцевых полосовых фильтрах промежуточной частоты супергетеродинных приемников. Такие фильтры могут выполняться по лестничной или дифференциальной схеме и отличаются очень высокой добротностью и стабильностью по сравнению с LC-фильтрами.

По типу корпуса кварцевые резонаторы могут быть выводные для объемного монтажа (стандартные и цилиндрические) и дляповерхностного монтажа (SMD).

Качество схемы, в которую входят кварцевые резонаторы, определяют такие параметры, как допуск по частоте (отклонение частоты), стабильность частоты, нагрузочная емкость, старение.

• Кварцевые резонаторы (Crystal Units) – отдельные кварцевые резонаторы и модули со встроенными датчиками температуры на номинальные частоты от 4 МГц до 150 МГц, а также низкочастотные резонаторы на частоту 32768 Гц.
• Тактовые генераторы (Crystal Clock Oscillator) – кварцевые генераторы, состоящие из кристалла и простого генератора, выпускаются на частоты в диапазоне 1,5–125 МГц, а также на частоту 32768 Гц.
• SPXO (Simple Packaged Crystal Oscillators) – кварцевые генераторы на высокие частоты в диапазоне 62,5 – 313 МГц с допустимыми отклонениями частоты ±(25–100)х10-6.

• Термостатированные генераторы (OCXO) DOCXO

Термостатированные генераторы (OCXO) предназначены для проектов, в которых температурная нестабильность частоты не должна превышать ±0.5ppm. Такие кварцевые генераторы включают в себя схему подогрева и устанавливаются в специальный корпус, что позволяет поддерживать рабочую температуру генератора постоянной и, следовательно, получать высокую стабильность частоты, вплоть до ±0.1ppb. В большинстве случаев, у термостатированных генераторов есть функция частотной подстройки, либо управляющим напряжением, либо механически.

• TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator) – термокомпенсированные кварцевые генераторы.

Принципиальные схемы

Рис.1 Упрощенная схема прямой компенсации TCXO

Рис.2 Упрощенная схема косвенной компенсации TCXO

применение

TCXO для GPS
TCXO для сети

• VCXO (Voltage-Controlled Crystal Oscillators) – кварцевые генераторы, управляемые напряжением, в приборы этого типа интегрированы варикапы, обеспечивающие перестройку частоты генераторов.

Принципиальные схемы

Рис.3 Характеристики управляющего напряжения VCXO (положительный наклон)

Рис.4 Характеристики управляющего напряжения VCXO (отрицательный наклон)

• FCXO (Frequency Controlled Crystal Oscillator) – модули переноса частоты, или кварцевые генераторы, синхронизируемые внешними источниками.

• Прецизионные термостатированные генераторы OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator), TwinOCXO (Twin-Oven Controlled Crystal Oscillator) и Twin-DCXO (Twin-Digital Controlled Crystal Oscillator).

• Кварцевые фильтры (Crystal Filter) – в данную категорию входят приборы на номинальные частоты 10,7 МГц, 21,4 МГц, 21,7 МГц, 45 МГц, 70,05 МГц, 90 МГц с различными полосами пропускания.
• ПАВ-фильтры (SAW Device) – широкая номенклатура фильтров на поверхностных акустических волнах под различные целевые назначения приборов: аппаратура для цифрового наземного телевидения, базовых станций WCDMA, беспроводных телефонов, беспроводных приборов для учета энергопотребления, систем дистанционного управления автомобильным оборудованием и других приложений.
• Синтетические кварцы/кварцевые бланки/оптические компоненты (Synthetic Quartz Crystal/Crystal Blank/Optical Component) – кварцевые кристаллы, кварцевые пластины из монокристаллов (Crystal Blank) и оптические компоненты, такие как оптические фильтры нижних частот OLPF.
• Синтезаторы частоты (Frequency Synthesizer) – компания выпускает встраиваемые синтезаторы частоты для оборудования систем цифрового наземного телевидения, микроволновой аппаратуры радиосвязи, измерительных приборов, базовых станций систем мобильной связи, систем ШПД и других ответственных приложений.
• Зонды для ультразвуковых сканеров и преобразователи (Ultrasonic probe/Transducer) – компания выпускает ультразвуковые зонды различных форм (линейные, секторные и выпуклые зонды, матричные модули) для работы в диапазонах от 2,5 МГц до 12 МГц. Приборы могут использоваться для 2D- и 3D-визуализации в медицине и здравоохранении. Приборы производятся в соответствии с требованиями международного стандарта ISO13485 2008, определяющего систему менеджмента качества медицинских устройств. Компания может производить приборы по специальным требованиям заказчиков.
• Биодатчики для QCM (Quartz Crystal Microbalance) систем – датчики микровесов (QCM Sensor) являются инструментом для измерения массы, принцип работы которого основан на зависимости частоты колебаний кварцевого резонатора (датчика QCM) от количества вещества, нанесенного на его поверхность. QCM-системы получили широкое распространение в биохимии, например, для распознавания антител и фрагментов ДНК.

Преимущества

• Достижение намного больших значений добротности (104−106) эквивалентного колебательного контура, нежели любым другим способом.
• Малые размеры устройства (вплоть до долей мм).
• Большая температурная стабильность.
• Большая долговечность.
• Лучшая технологичность.
• Построение качественных каскадных фильтров без необходимости их ручной настройки.

Недостатки

• Чрезвычайно узкий диапазон подстройки частоты внешними элементами. Практически для многодиапазонных систем эта проблема решается построением синтезаторов частоты различной степени сложности.

Тесты осцилляции схем

NDK активно сотрудничает с производителями микроконтроллеров, различных чипсетов и модулей, а также ведет постоянную тесную работу с конечными заказчиками, применяющими в своих изделиях различные чипсеты и кварцевую продукцию. Свой опыт производства кварцевых продуктов, а также опыт сотрудничества с производителями чипсетов и модулей NDK готов предлагать своим заказчикам для облегчения их работы по подбору компонентов для своих изделий. NDK располагает двумя лабораториями – одна в Японии на базе фабрики в г. Саяма и другая в Германии в г. Зинсхайме, где в сотрудничестве с крупнейшими производителями микропроцессоров и чипсетов проводит большую работу по проведению испытаний, направленных на достижение наилучшей совместимости кварцевых компонентов NDK с микросхемами ведущих производителей (IC matching test).

Кварцевые резонаторы, подключаемые к различным микросхемам, микропроцессорам, БИС/СБИС (LSI/VLSI), в некотором смысле являются «дирижерами», управляющими многими тысячами логических элементов, поэтому качество совместной работы микросхем и подключаемых к ним резонаторов имеет важное значение для работы всего устройства (прибора, системы) в целом.

Для обеспечения стабильной работы на заданных частотах внутренних тактовых генераторов микросхем с внешними кварцевыми резонаторами необходим правильный выбор номиналов внешних компонентов, в общем случае подключаемых к резонатору по схеме, приведенной на рис. 10. Показанные на схеме инвертирующий усилитель и буфер являются внутренними элементами микросхем. В ряде случаев резистор Rf может не устанавливаться, а вместо резистора Rd устанавливаться перемычка, иногда не требуется установка и конденсаторов на входе или выходе генератора. При работе в штатном режиме кварцевый резонатор и конденсаторы образуют П-образный фильтр , обеспечивающий фазовый сдвиг 180°, необходимый для запуска генератора на частоте, определяемой резонатором (так называемая схема генератора Пирса).

При проведении тестов на совместимость микросхем компания NDK экспериментально определяет параметры, имеющие важнейшее значение для стабильного запуска и функционирования кварцевого резонатора в составе конкретных микросхем при определенных условиях.

Рассмотрим эти параметры более подробно:

• Отрицательное сопротивление (-R) всей схемы генератора, включая значения емкостей конденсаторов, параметры кварцевого резонатора и цепи, реализованной на кристалле микросхемы. Это отрицательное сопротивление должно быть в несколько раз больше эквивалентного последовательного сопротивления кварцевого резонатора (Rs или ESR). При нарушении данного соотношения генератор не будет работать в заданном режиме или может вообще не заработать. Отрицательное сопротивление схемы можно получить, включив резистор последовательно с кварцевым резонатором (Rd на рис. 10). Пороговое значение, при котором запуск генератора становится невозможным, приблизительно равно отрицательному сопротивлению схемы. Схема стенда, используемая NDK для этой цели, приведена на рис. 11 а), б), пробник в виде открытого про-водника небольшой длины используется для исключения влияния на генератор измерительной схемы. Типовая зависимость отрицательного сопротивления схемы от емкостей конденсаторов генератора при Rd=1 кОм, Rf=1 МОм приведена на рис. 12 (по материалам NDK).

• Изменение частоты генерации (Frequency Deviation, FD). Схема стенда для измерения частоты кварцевых генераторов приведена на рис. 13, измерения также производятся без контакта с элементами схемы и при изменении напряжения питания в заданных заказчиком пределах. Величину отклонения частоты генерации от номинальной частоты кварцевого резонатора представляют в относительных единицах – + или – ∆f/fном.х10-6.
• Мощность возбуждения (Drive Level DL). При мощности возбуждения (рассеяния), превышающей максимально допустимую, в выходном сигнале кварцевого генератора могут появляться побочные излучения, возможны перескоки частоты генерации, а также может ухудшаться стабильность частоты генерации. Чтобы определить мощность рассеяния, необходимо измерить величину тока в цепи кварцевого резонатора. Схема стенда, используемая NDK для измерения тока, приведена на рис. 14, по осциллографу определяют размах тока в цепи кварцевого резонатора, затем по формуле Irms=Ip-p/2√2 вычисляют действующее значение тока, мощность определяется формулой P=Irms2 Rload (мкВт), где Rload– сопротивление на переменном токе в цепи резонатора. Сопротивление Rload зависит от параметров резонатора, величин емкостей схемы и сопротивления Rd (см. рис. 10), типовая зависимость мощности рассеяния от емкостей схемы приведена на рис. 15.

Как уже было сказано, в лабораториях NDK постоянно проводится ряд тестов по определению типов кварцевых резонаторов, в наибольшей степени подходящих для использования совместно с микропроцессорами и БИС основных серий таких компаний, как STM, TI, Microchip, NXP, Renesas и др.

В результате NDK имеет и готовы предоставлять своим клиентам данные по одобренным и рекомендованным компонентам NDK для работы с теми или иными чипсетами и модулями.

Также NDK предлагает своим клиентам провести тесты плат заказчика в своих лабораториях, на основе которых NDK даст свои рекомендации по работе чипсета и частотозадающих элементов в конкретной схеме заказчи

Как выбрать тип генератора.? Сравнение кварцевых с другими типами генераторов

Нижеследующее обсуждение относится к стандартам частоты в широком диапазоне температур (то есть к тем, которые предназначены для работы в диапазоне температур, который охватывает по меньшей мере 90 ° C). Лабораторные приборы, которые работают в гораздо более узком диапазоне температур, могут иметь лучшую стабильность, чем в приведенном ниже сравнении.

Коммерчески доступные источники частот охватывают диапазон точности в несколько порядков — от простого XO до стандарта частоты луча цезия. С увеличением точности возрастают требования к мощности, размеру и стоимости. Например, на рисунке 34 показана взаимосвязь между точностью и потребностью в мощности. Точность в сравнении с затратами будет аналогичной и колеблется от примерно 1 долл.

США для простого ХО до примерно 40 000 долл. США для стандарта цезия (цены 1991 года). Таблица 1 показывает сравнение существенных характеристик стандартов частоты. На рисунке 35 показано сравнение кратковременных диапазонов стабильности частоты как функции времени усреднения [43]. На рисунке 36 показано сравнение характеристик фазового шума, а в таблице 2 показано сравнение слабых мест и механизмов износа.

Рис. 34. Соотношение между точностью и требованиями к мощности (XO = простой кварцевый генератор; TCXO = температурно-компенсированный кварцевый генератор; OCXO = управляемый печью кварцевый генератор; Rb = рубидиевый стандарт частоты; Cs = цезиевый стандарт частоты пучка).

Рисунок 35. Стабильность как функция сравнения времени усреднения стандартов частоты.

Рисунок 36. Сравнение фазовой нестабильности стандартов частоты.

	Кварцевые генераторы			Атомные генераторы
	ТСХО	MCXO	ОСХО	Рубидий	RbXO	цезий
Точность * (в год)	2 х 10 -6	6 х 10 -8	1 х 10 -8	5 х 10 -10	7 х 10 -10	2 х 10 -11
Старение / год	5 х 10 -7	2 х 10 -8	5 х 10 -9	2 х 10 -10	2 х 10 -10	0
Температура Stab. (диапазон, ° С)	5 х 10 -7 (от -55 до +85)	3 х 10 -8 (от -55 до +85)	1 х 10 -9 (от -55 до +85)	3 х 10 -10 (от -55 до +68)	5 х 10 -10 (от -55 до +85)	2 х 10 -11 (от -28 до +65)
Стабильность, s y ( t ) ( t = 1 с)	1 х 10 -9	3 х 10 -10	1 х 10 -12	3 х 10 -12	5 х 10 -12	5 х 10 -11
Размер (см 2 )	10	50	20-200	800	1200	6000
Время прогрева (мин.)	0,1 (до 1 х 10 -6 )	0,1 (до 2 х 10 -8 )	4 (до 1 х 10 -8 )	3 (до 5 х 10 -10 )	3 (до 5 х 10 -10 )	20 (до 2 х 10 -11 )
Мощность (Вт) (при самой низкой температуре)	0,05	0.04	0.6	20	0,65	30
Цена (~ $)	100	1000	2000	8000	10000	40000

* Включая воздействие на окружающую среду (обратите внимание, что диапазоны температур для Rb и Cs уже, чем для кварца).
Таблица 1. Сравнение основных характеристик стандартов частоты.

	Слабое место	Механизмы износа
кварцевый	износ. радиационная безопасность	нет
Рубидий	не изнашиваются мощность Вес	Истощение рубидия Буферный газ истощение Загрязнения стекла
цезий	не изнашиваются мощность Вес Стоимость Диапазон температуры	Истощение запаса цезия Отработанный цетриевый геттеринг Производительность ионного насоса Умножитель электронов

Таблица 2. Сравнение слабых мест стандартов частоты и механизмов износа.

Характеристики приведены в таблице 1 для атомных генераторов: эталонов частоты рубидия и цезия и генератора рубидий-кристалл (RbXO). В стандартах атомной частоты частота выходного сигнала определяется разностью энергий между двумя атомными состояниями, а не каким-либо свойством объемного материала (как в кварцевых генераторах). Вступительный обзор стандартов атомной частоты можно найти в ссылке 44, а ссылка 45 представляет собой обзор литературы до 1983 года. (Ссылка 44 рассматривает как атомные, так и кварцевые стандарты частоты; отчет, который вы читаете, основан на кварцевой части этот документ.) RbXO — это устройство, предназначенное для приложений, в которых доступность энергии ограничена, но где требуется стандартная точность атомной частоты [46,47]. Он состоит из стандарта частоты рубидия, маломощного и высокостабильного кварцевого генератора и схемы управления, которая регулирует частоту кварцевого генератора в соответствии со стандартом рубидия. Рубидиевый стандарт включается периодически (например, раз в неделю) на несколько минут, необходимых для его прогрева и корректировки частоты кварцевого генератора. С RbXO можно приблизиться к долговременной стабильности рубидиевого стандарта с низкой (средней) потребностью в мощности кварцевого генератора. один раз в неделю) в течение нескольких минут он прогревается и корректирует частоту кварцевого генератора. С RbXO можно приблизиться к долговременной стабильности рубидиевого стандарта с низкой (средней) потребностью в мощности кварцевого генератора. один раз в неделю) в течение нескольких минут он прогревается и корректирует частоту кварцевого генератора. С RbXO можно приблизиться к долговременной стабильности рубидиевого стандарта с низкой (средней) потребностью в мощности кварцевого генератора.

Rb-OSC (Рубидиевый генератор):

Чрезвычайно устойчивый осциллятор с использованием атомного резонанса рубидия,

контролируемый частотой микроволнового перехода атомов Rb87 в его основном энергетическом состоянии.

Основные вопросы, на которые нужно ответить при выборе генератора, включают в себя:

1. Какая точность или воспроизводимость частоты необходима для правильной работы системы?
2. Как долго должна поддерживаться эта точность, т. Е. Будет ли генератор калиброваться или периодически заменяться, или генератор должен поддерживать требуемую точность в течение всего срока службы системы?
3. Доступна ли достаточная мощность, или генератор должен работать от батарей?
4. Какое время прогрева допустимо?
5. Каковы экстремальные условия окружающей среды, в которых должен работать генератор?
6. Каково требование краткосрочной стабильности (фазовый шум)?
7. Какое ограничение по размеру?

Что касается второго вопроса, какие затраты должны быть минимизированы: первоначальная стоимость приобретения или стоимость жизненного цикла? Часто стоимость повторной калибровки намного выше, чем дополнительная стоимость генератора, который может обеспечить жизнь без калибровки. Лучший генератор также может позволить упростить конструкцию системы.

Частота генератора является еще одним важным фактором, поскольку выбор может оказать существенное влияние как на стоимость, так и на производительность. При прочих равных условиях генератор стандартной частоты, такой как 5 МГц или 10 МГц, для которого производители имеют хорошо зарекомендовавшие себя конструкции, будет стоить дешевле, чем одна из необычных частот, например 8,34289 МГц. Более того, для кристаллов со сдвигом по толщине, таких как AT-разрез и SC-разрез, чем ниже частота, тем ниже старение [17]. Поскольку на частотах значительно ниже 5 МГц кристаллы со сдвигом толщины становятся слишком большими для экономичного производства, и поскольку все генераторы с наивысшей стабильностью используют сдвиговые кристаллы толщины, частота серийно выпускаемого генератора с самой высокой стабильностью составляет 5 МГц. Такие генераторы также будут иметь самую низкую способность фазового шума близко к несущей. На рынке также есть несколько отличных генераторов на 10 МГц; однако генераторы с гораздо более высокой частотой, чем 10 МГц, имеют значительно более высокие скорости старения и уровни фазового шума вблизи несущей, чем генераторы с частотой 5 МГц. Для самого низкого фазового шума вдали от несущей, где отношение сигнал / шум определяет уровень шума, высокочастотные кристаллы (например, 100 МГц) могут обеспечивать более низкий шум, поскольку такие кристаллы могут выдерживать более высокие уровни возбуждения, тем самым обеспечивая более высокие уровни сигнала , Генераторы с гораздо более высокой частотой, чем 10 МГц, имеют значительно более высокие скорости старения и уровни фазового шума вблизи несущей, чем генераторы с частотой 5 МГц. Для самого низкого фазового шума вдали от несущей, где отношение сигнал / шум определяет уровень шума, высокочастотные кристаллы (например, 100 МГц) могут обеспечивать более низкий шум, поскольку такие кристаллы могут выдерживать более высокие уровни возбуждения, тем самым обеспечивая более высокие уровни сигнала , Генераторы с гораздо более высокой частотой, чем 10 МГц, имеют значительно более высокие скорости старения и уровни фазового шума вблизи несущей, чем генераторы с частотой 5 МГц. Для самого низкого фазового шума вдали от несущей, где отношение сигнал / шум определяет уровень шума, высокочастотные кристаллы (например, 100 МГц) могут обеспечивать более низкий шум, поскольку такие кристаллы могут выдерживать более высокие уровни возбуждения, тем самым обеспечивая более высокие уровни сигнала ,

Связанные с резонатором приборы

• Кварцевый генератор
• Кварцевый фильтр
• Генератор Пирса
• Генератор тактовых импульсов
• Резонистор
• Атомные часы

Статью про кварцевый резонатор я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развии теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое кварцевый резонатор и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.

Схема Пирса для прямоугольного сигнала

Рассмотренная схема Пирса генерирует синусоидальный сигнал

Но также есть видоизмененная схема Пирса для генерации прямоугольного сигнала (меандра).

 

 

Рис. 19. Схема Пирса для генерации меандра

 

Номиналы некоторых радиоэлементов можно менять в достаточно широком диапазоне

Схема Колпитца

Это также довольно распространенная схема.

 

Рис. 20. Схема Колпитца

 

Резисторы R1 и R2 устанавливают рабочую точку для транзистора. Резистор R_E устанавливает уровень выходного напряжения.

Готовые модули кварцевых генераторов

В настоящее время кварцевые генераторы выпускают в виде законченных модулей. Некоторые фирмы, производящие такие генераторы, достигают частотной стабильности до 10^-11 от номинала! Внешний вид кварцевых генераторов пр ведён на рисунке…

 

Рис. 21. Кварцевые генераторы, выпускаемые промышленностью.

 

Плюсы кварцевых генераторов

Плюсы кварцевых генераторов частоты – это высокая частотная стабильность. В основном это 10^-5– 10^-6от номинала или, как часто говорят, ppm (от англ. parts per million ) — частей на миллион, то есть одна миллионная или числом 10^-6. Отклонение частоты в ту или иную сторону в кварцевом генераторе в основном связано с изменением температуры окружающей среды, а также со старением кварца. При старении кварца, частота кварцевого генератора стает чуточку меньше с каждым годом примерно на 1,8х10^-7 от номинала. Если, скажем, я взял кварц с частотой в 10 Мегагерц (10 000 000 Герц) и поставил его в схему, то за год его частота уйдет примерно на 2 Герца в минус!

 

«Кварцованные» генераторы импульсов на основе логических микросхем.

На рис. 22 приведена схема использования кварцевого резонатора в генераторе на основе микросхем И-НЕ.

 

 

Рис. 22. Схема генератора на основе ИС ИЛИ -НЕ.

 

А на рисунке 23 — схема на основе микросхем И-НЕ.

 

 

Рис. 23 Схема на основе ИС И-НЕ.

 

Генератор на основе программируемой микросхемы тактового генератора

 

Для тактирования микропроцессоров и микроконтроллеров разработаны и выпускаются промышленностью специализированные микросхемы для построения тактовых генераторов. На рисунке 24 приведена схема тактового генератора для микропроцессоров серии 8086/8088 на основе ИС 8284А.

Рис. 24. Схема тактового генератора на основе ИС 8284А

 

Тактовый генератор запускается через формирователь одиночных импульсов, устраняющим дребезг, кнопкой SW. К входам Х1 и Х2 подключён кварцевый резонатора 15 МГц. Схема генерирует тактовые импульсы и импульс первоначального сброса микропроцессора.

Управляемые генераторы

Генератор, управляемый напряжением (ГУН; англ. VCO) — электронный генератор, частота колебаний которого зависит от подаваемого на генератор управляющего напряжения. ГУН широко применяются в различных радиоэлектронных системах — аппаратуре радиосвязи, автоматического управления, электромузыкальных инструментах и др.

На рисунке 25 приведена схема транзисторного ГУН, частота колебаний которого изменяется с помощью варикапа.

Рис. 25. Принципиальная схема LC-генератора, перестраиваемого напряжением (схема Клаппа).

 

На рисунке 26 приведена схема ГУН на основе операционных усилителей.

 

 

Рис. 26. Схема аудио — ГУН на основе ОУ

 

Rose Quartz и Serenity — цвета года или другое слово для обозначения заката?

Безмятежность, по крайней мере до декабря, была душевным состоянием. Розовый кварц был прекрасным камнем… и все же мы с ума сходим от этих двух «цветов года». Они повсюду в свадебных блогах со стилизованными снимками, значками и досками настроения, создавая идеальную свадебную палитру и цветовую схему, чтобы вдохновлять невест по всему миру.

Палитра свадебных цветов розового кварца и безмятежности

Я уже говорил, что свадебные цветовые палитры намного шире, чем раньше: прошли времена одноцветных свадеб с блоками пурпурного или бирюзового цвета Cadbury, нанесенными на все доступные аксессуары. Я верю в цветовой палитре — выбор сочетания тонов сделает вашу свадьбу потрясающей.

На странице Pinterest в английском свадебном блоге есть множество досок для различных цветовых схем и комбинаций… Я даже создал доску из розового кварца и безмятежности, чтобы вдохновить вас на ваш важный день!

Я просто не уверен, что верю в то, что Pantone говорит нам всем, какой должна быть идеальная палитра для года!

О, Pantone, вы, умные маркетологи.Девочки правят Интернетом с помощью платформ для обмена визуальными изображениями и изрядно доминирующих над нашими экранами. А вы заметили .

Вы выбрали свои цвета года, потому что они понравятся пиннерам и инстаграммерам — и невестам, и свадебным стилистам.

И вы, , прибили .

Теперь мы все хотим откусить от вашего розового кварца и торта безмятежности — и быстрый поиск в Pinterest показывает, что мы уже можем купить все канцелярские товары, которые нам когда-либо понадобятся, в наших новых любимых цветах.

Но не раз на этой неделе я ловил себя на том, что смотрю в небо. Я бегала по пляжу на рассвете. Я гуляла по пирсу на закате. И в моем сердце все неправильно. Я смотрю на небо и думаю о словах розовый кварц и безмятежность. И мне бы хотелось, чтобы эти имена никогда не были изобретены.

Черт тебя побери, Pantone.

Я хочу видеть красоту самой собой.

Я люблю красивое небо и природу, и мне немного неприятно видеть в них свадебную цветовую схему года.

Мои глаза и мое сердце хотят видеть закат и ценить его только таким, какой он есть: розовый, голубой и великолепный, и никогда не мечта маркетолога о свадебной индустрии.

Нет ничего плохого в том, чтобы использовать эти потрясающие цвета для создания свадебного образа. Но не думайте, что вам нужно на .

Планируйте свадьбу, выбирайте цвета, вдохновляйтесь Интернетом … но не ограничивайте себя популярной цветовой схемой года. И не забывайте время от времени наслаждаться закатом, думая только о том, каким прекрасным может быть мир.

* * *

Пойду посмотреть, смогу ли я написать каллиграфию на кусочках розового кварца для стильной свадебной фотосессии…

розовый кварц и безмятежностьстайл свадебных цветов

Конго, сын президента Браззавиля, обвиняемый в отмывании 50 миллионов долларов — Quartz Africa

Новое расследование антикоррупционной неправительственной организации Global Witness обнаружило очевидную кражу более чем 50 миллионов долларов государственных средств из Республики Конго Денисом Кристелем «Кики» Сассу -Нгессо, сын президента страны Дени Сассу-Нгессо.В итоговом отчете утверждается, что 44-летний молодой Сассу-Нгессо отмывал деньги через «сложную и непрозрачную корпоративную структуру», охватывающую шесть европейских стран, Британские Виргинские острова и американский штат Делавэр.

Это далеко не первый случай, когда первую семью страны обвиняют в хищении средств из казны своей страны. В 2007 году Global Witness назвал Кики, члена парламента Конго, потратившим «сотни тысяч долларов, которые могут быть получены от продажи государственной нефти, на роскошные дизайнерские покупки в Париже, Марбелье и Дубае.

Его сестра, Клаудия Сассу-Нгессо, также избранный член парламента Конго, якобы украла почти 20 миллионов долларов из государственных средств, чтобы купить квартиру в нью-йоркском отеле Trump International Hotel & Tower, согласно отчету Global Witness, опубликованному в апреле. . (Правительство Конго назвало обвинения «фальшивыми новостями».)

Последние результаты проливают дополнительный свет на то, что Global Witness называет «лазейками в системе борьбы с отмыванием денег» в Европейском союзе, Великобритании и Соединенных Штатах. считается одной из самых строгих юрисдикций в мире.Все это, а также структурные недостатки глобальной финансовой системы «помогают клептократическим элитам беспрепятственно перемещать свои грязные деньги».

«Крупномасштабная коррупция», в которой, по словам Global Witness, продолжает участвовать семья Сассу-Нгессо, оказывает «разрушительное воздействие на человека» в стране, которая является третьим по величине производителем нефти в Африке к югу от Сахары, но где средний годовой доход составляет эквивалент 1640 долларов США (когда люди фактически получают свою заработную плату), и одна треть населения живет за чертой бедности.

«Всем вовлеченным юрисдикциям срочно необходимо рассмотреть способы, с помощью которых подставные компании могут свободно перемещать средства, не сталкиваясь с трудными вопросами о происхождении или легитимности, несмотря на многочисленные предупреждающие знаки о коррупции», — говорится в заявлении Global Witness, призывающем к требованиям, которые заставит подставные компании раскрыть имена своих истинных владельцев.

Президент Сассу-Нгессо, 76 лет, правил в этой центральноафриканской стране, иногда называемой «Маленькое Конго», в общей сложности 35 лет.Впервые он пришел к власти в 1979 году и руководил страной до 1992 года. Он вернулся к власти в 1997 году и с тех пор остается там.

Как спрятать небольшое состояние

Расследование в Сассу-Нгессо заняло более года, сообщила Quartz ведущий следователь Global Witness Мариана Абреу. Она сказала, что соединила точки, используя финансовые отчеты, корпоративные документы и «секретные контракты» из источников во многих странах. «Очень необычно получить конкретные доказательства правонарушений такого рода», — сказал Абреу.

Вот как якобы работала предполагаемая схема:

Кики Сассу-Нгессо был скрытым владельцем по крайней мере пяти европейских подставных компаний, расположенных на Кипре, в Эстонии и Испании, согласно документам, которые якобы видел Global Witness. Руководил этими компаниями португальский бизнесмен Хосе Вейга, который в настоящее время находится под следствием властей Португалии по обвинению в коррупции и отмывании денег. Согласно отчету Global Witness, компании были зарегистрированы на Кипре под именем Вейги.Однако право собственности на компании уже было передано Кики в результате секретной сделки, совершенной нотариусом Браззавиля.

Вейга также был посредником в Конго для бразильской компании Asperbras, которая, по словам Global Witness, получила от правительства Конго в 2013 году «явно фиктивный контракт на общественные работы». Это включало такие проекты, как предполагаемая геологическая разведка.

Asperbras умышленно завысила свои гонорары на 50 миллионов долларов. Эта сумма, по словам Global Witness, позже была перенаправлена ​​компаниям, тайно принадлежащим Кики Сассу-Нгессо, со ссылкой на сообщение французской газеты Le Canard Enchaîné.Деньги сначала проходили через «секретные юрисдикции», такие как Делавэр и Британские Виргинские острова, а затем отправлялись в ЕС, утверждает расследование Global Witness.

Asperbras «полностью опровергла любые утверждения о завышенных ценах и нарушениях в процессе государственных закупок в Конго» и заявила, что «ничего не знала о сделках, заключенных Вейгой или его компаниями», как сообщает Global Witness. Группа заявляет, что не получила «существенных ответов» на запросы о комментариях от Кики Сассу-Нгессо, поверенного Хосе Вейги, или конголезского правительства.

Подпишитесь на еженедельник Quartz Africa, чтобы получать новости и анализ африканского бизнеса, технологий и инноваций в вашем почтовом ящике

Население Луизианы пытается избежать климатической катастрофы — Quartz

В XIX и начале XX веков , Приход Сент-Таммани был сельским малонаселенным уголком на юго-востоке Луизианы, наиболее известным своими лесопилками и несколькими модными курортами. Он обнимает северный берег обширного лимана, известного как озеро Пончартрейн, противоположный берег которого примыкает к Новому Орлеану.В 1969 году был построен 24-мильный мост, который соединил округ (в Луизиане — графство) напрямую с городом, превратив Сент-Таммани в богатый, преимущественно белый пригород.

Затем, после урагана «Катрина», обрушившегося на Луизиану в 2005 году, приход начал принимать новую идентичность. Сент-Таммани стал местом убежища от экологических опасностей — штормов, повышения уровня моря, потери земель — от которых страдают Новый Орлеан и другие приходы на внешних окраинах побережья Луизианы.

По крайней мере 70% населения Нового Орлеана покинули город сразу до и после Катрины, которая стала самым разрушительным стихийным бедствием в истории США — отчасти потому, что наводнение, вызванное катастрофическим прорывом дамбы, усугубилось повышением уровня моря. .За 15 лет после кропотливой перестройки города многие вернулись домой. Но сегодня в городе по-прежнему проживает примерно на 60 000 человек меньше, чем до урагана.

Санкт-Тамманы, однако, избежали катастрофических разрушений дамбы. Он оставался относительно сухим и быстро открылся.

«Вы сможете вернуться в Сент-Таммани всего через несколько часов», — сказала Колетт Пишон Баттл, уроженка округа и исполнительный директор Центра права и политики побережья Мексиканского залива, некоммерческой юридической фирмы, занимающейся вопросами экологической справедливости. вопросы.

Санкт-Таммани стал плацдармом для оказания чрезвычайной помощи и хранилищем обломков из Нового Орлеана. Он также стал прибежищем для эвакуированных, где размещалось больше, чем где-либо, кроме прихода Джефферсона, который примыкает к городу на западе. Когда кризис миновал, многие решили остаться, а не рискнуть еще раз на Большой Легкости.

«Через год или два вы начали понимать, что жилье, которое может появиться быстрее всего, находится в Санкт-Таммани», — сказал Батл, чья фирма находится в Слайделле, крупнейшем городе прихода.«Это было то место, которое нужно было восстановить».

Луизиана Helicam

Жилые дома строятся у самой кромки воды в Слайделле, штат Луизиана.

Приток населения после Катрины создал некоторые предсказуемые проблемы: сокращение посещаемости, перегруженность классных комнат и внезапный рост спроса и стоимости жилья. Это также увеличило накал расовой напряженности. Прибывшие, в том числе черные семьи среднего класса из Нового Орлеана и семьи латиноамериканцев со всего американского Юга, которые приехали на работу по восстановлению выпотрошенного города, были значительно более разнообразны, чем существующие жители, одним из которых был Дэвид Дьюк, печально известный лидер Ку-клукс-клана. .

«То, что вы видели, было коричневым оттенком этого прихода», — сказал Бэттл. «Рост и демографические сдвиги действительно пугали людей».

Этот рост не замедлился. Св. Тамманы сейчас один из самых быстрорастущих приходов в штате. Его население увеличилось в четыре раза с 1970 года до четверти миллиона и, как ожидается, удвоится к 2030 году. Согласно растущему количеству данных, собранных исследователями и государственными чиновниками, все большая доля этого роста будет результатом региональной миграции между приходами. мотивированы изменением климата и другими факторами воздействия на окружающую среду.И приход, как и другие потенциальные климатические убежища по всему штату, не готов.

«Если вы из Сент-Таммани, вы встречаетесь с приливной волной людей», — сказал Батл. «Это похоже на потоп».

Расчет с меняющимся ландшафтом

Луизиана может стать первым штатом в США, который станет свидетелем крупномасштабной миграции, связанной с изменением климата — не только массового бегства от конкретных катастроф, таких как Катрина или ураган Лора в августе, но и постепенного увеличения числа принятых решений. по одной семье, чтобы переехать на более высокое место.

Некоторые из этих мигрантов выберут места с низким уровнем риска, такие как Сент-Таммани, в качестве пункта назначения, поскольку из-за повышения уровня моря и опускания грунта каждые полтора часа в районе дельты Миссисипи теряется около футбольного поля. Согласно крупному отчету штата, подготовленному в прошлом году: «Стратегические адаптации к будущим средам», или LASAFE, население уже сокращается в приходах с высоким уровнем риска и растет в приходах с низким уровнем риска. Остальные будут переведены в места, специально предназначенные для размещения климатических мигрантов.

---

Мэтт Чинворт

Каким образом история запомнит города, которые адаптируются к миграции климата? Посетите музейную выставку Лисайда, климатической гавани будущего.

---

После Катрины штат предпринял, возможно, самый амбициозный в мире процесс планирования адаптации прибрежных районов. Он включает 50-летний «генеральный план» на 50 миллиардов долларов по обновлению защитной инфраструктуры и экосистем и LASAFE, в котором собраны результаты серии семинаров по планированию на уровне сообществ.Это также включает массовое переселение одной общины с исключительно высоким риском: острова де Жан-Шарль, жителей которого часто называют первыми климатическими беженцами Америки.

Массовое движение населения — распространенная тема этих программ. Но задача смягчения дальнейшего ущерба, особенно для самого Нового Орлеана, была настолько всепоглощающей, что общины, принимающие миграцию, только начинают бороться с предстоящими проблемами и возможностями.

Мы пытаемся сделать уязвимые сообщества более пригодными для жизни.Но как Луизиана готовит сообщества получателей? Я так не думаю.

«В последнее десятилетие штат постепенно приближается к решению этой проблемы, — сказал Кристофер Далбом, заместитель директора Института законодательства и политики в области водных ресурсов при Университете Тулейна. «Я думаю, что мы пытаемся сделать уязвимые сообщества более пригодными для жизни. Но как Луизиана готовит сообщества получателей? Я так не думаю.

LASAFE представила первый взгляд на то, что может повлечь за собой такое планирование.Он начался в 2017 году как попытка получить отзывы непосредственно от жителей шести прибрежных приходов, включая Санкт-Таммани, об их надеждах и опасениях относительно будущего.

«Генеральный план прибрежной зоны предлагает очень сложную картину того, где находятся препятствия для защиты прибрежных водно-болотных угодий и где мы ожидаем исчезновения сообществ», — сказала Лиз Уильямс Рассел, директор по устойчивости прибрежных сообществ в Фонде Луизианы, правозащитной группе, которая работал с государственными чиновниками над процессом.«Так как же нам взять эту информацию о физической экосистеме и спланировать ее вокруг?»

В течение года Рассел и ее коллеги провели 70 встреч с 3000 жителями шести приходов, собирая данные о перемещении населения, рисках наводнений и других ключевых фактах. Затем они запросили предложения по множеству девелоперских проектов, от парков до малых бизнес-инкубаторов.

В отчете сделан вывод, что «Луизиана находится в разгаре экзистенциального кризиса». Он рекомендовал подготовить районы с низким уровнем риска для больших популяций, в том числе зверобоя.Тамманы, которые она определила как основное направление для мигрантов.

К 2030 году, согласно одному прогнозу в отчете, нынешние темпы развития прихода будут занимать половину его открытых земель. В целях обеспечения доступного и безопасного развития в отчете LASAFE рекомендуется, чтобы Сент-Таммани сконцентрировал свое будущее развитие в районах с наименьшим риском наводнений (определяемых как районы за пределами 100-летней зоны затопления), которые занимают большую часть территории округа, но, как правило, недостаточно развиты. Он также включал проект компактного, многофункционального, устойчивого к наводнениям пилотного района, спроектированный Институтом городских земель, аналитическим центром в Вашингтоне, округ Колумбия, а также 11 долларов США.5-миллионная дренажная система пересечена пешеходными тропами.

Дренажная система в настоящее время разрабатывается, но что касается других рекомендаций отчета, приход, похоже, движется в противоположном направлении, сказал Рассел. По ее словам, местные власти стремятся максимально расширить налоговую базу прихода, поэтому низкая стоимость строительства перевешивает соображения о риске наводнений в процессе получения разрешений. Те, кто ищет безопасности в Санкт-Таммани, могут снова оказаться в зоне наводнения.

Между тем на территории экспериментального района ULI, недалеко от городка Хикори, ведется судебный процесс по федеральным законам о защите среды обитания находящейся под угрозой исчезновения сумеречной лягушки-суслика. И одно быстрорастущее подразделение за пределами Slidell, которое, по словам Бэттла, предназначено для прибывающих семей чернокожих, расположено рядом с зоной высокого риска наводнения и бывшей свалкой обломков Катрины.

Луизиана Helicam

«В Сент-Таммани все больше и больше внимания уделяется развитию, — сказал Рассел.«Но с точки зрения творческого менеджмента я этого пока не вижу».

Новый остров

В случае с островом Жан-Шарль у государства была возможность построить с нуля климатическую гавань для нескольких десятков семей острова. Место назначения: бывшая ферма сахарного тростника площадью чуть менее одной квадратной мили, примерно в 40 милях к северу от первоначального острова, недалеко от города Шривер, штат Луизиана.

На первый взгляд, перемещение одного поселения в заливе может показаться более простой задачей, чем заново изобретать приход для размещения сотен тысяч новых жителей.Но процесс, который занял почти два десятилетия от первого замысла до окончательного строительства, выявил культурное и логистическое минное поле, открыл трещины в сообществе, которое он должен был объединить, и в конечном итоге оставит без внимания некоторых представителей группы риска. .

Сам остров находится недалеко от самого дальнего края дельты Миссисипи, где земля фрагментируется и растворяется в Мексиканском заливе. В 1950-х годах он был размером с Манхэттен, населен, как и сегодня, сплоченным сообществом потомков племени Билокси-Читимача-Чокто.Впервые они заселили этот район в конце 19 века, спасаясь от преследований с материка. С тех пор остров, до которого можно добраться только по одной полосе дороги, потерял 98% своей площади.

ФОНД THOMSON REUTERS / Ники Милн

Остров Жан-Шарль тонет.

После более чем десяти лет обращения к федеральному правительству с просьбой о помощи, лидеры острова при поддержке Управления общественного развития (OCD) штата смогли в 2017 году получить грант в размере 48 миллионов долларов от Министерства жилищного строительства и городского развития для переехать вглубь страны.Прошедшие с тех пор годы были связаны с утомительной, иногда спорной серией общественных собраний, голосований и совещаний по планированию, в результате которых государственные чиновники и местные лидеры иногда оказывались в ссоре.

Первой проблемой было найти место, куда можно пойти. Мэт Сандерс, администратор программы устойчивости и политики OCD, сказал, что первоначальное обследование доступной собственности, которая была поблизости, достаточно большой и относительно изолированной от риска наводнений, дало около 18 кандидатов. Некоторые были дисквалифицированы, когда Сандерс пошел осматривать их и обнаружил, что земля мокрая, — не многообещающий знак.

Наконец, в марте 2018 года жители острова проголосовали за выбор относительно высокогорного земельного участка недалеко от города Шривер. Его окрестили Новым островом.

Новый остров не был полностью чистым листом. У нынешних жителей были опасения по поводу застройки: они беспокоились, что строительство ухудшит ливневый сток, сказал Сандерс, поэтому план был разработан для сохранения существующих водно-болотных угодий. В ответ на предложения приходящего племенного сообщества дизайн также позволил визуально изолировать окрестности от окружающей территории, чтобы передать чувство уединения, которое лелеют островитяне.

Лос-Анджелес Управление общественного развития

Новое сообщество, строительство которого завершится в следующем году, включает в себя общественную площадь для ярмарок и фестивалей, а также общественный центр.

«Мы приложили огромные усилия, чтобы привить общине как можно больше самоопределения», — сказал Сандерс. «Мы пытались передать атмосферу и культуру острова и перенести их на Новый остров».

Но почти сразу же возник ряд проблем, — сказала Шантель Комарделль, исполнительный секретарь племени.

«Спустя месяц после присуждения награды, когда штат фактически снизился и увидел, что это сложнее, чем они первоначально думали, они начали отказываться от всех лишних наворотов», — сказала она.

Комарделл сказал, что существуют разногласия по поводу того, для кого будет создан новый сайт. В первоначальном предложении HUD племя рассматривало переселение как возможность для более широкого воссоединения племен, при котором любой член племени будет приветствоваться, даже если его семья не живет на острове. Он включал в себя место для многих других домов, а также музей.Но в течение нескольких месяцев план штата был намного меньше, лишен требования о принадлежности к племени и сузил круг участников, за некоторыми исключениями, до нынешних жителей острова.

«Мы намеревались вернуть сообщество к тому, чем оно было когда-то, но этот компонент так и не был реализован», — сказал Комарделл. «Это просто переезд отсюда туда».

В конечном итоге, по данным OCD, около дюжины из примерно 100 жителей острова, имеющих право на строительство, предпочитают не переезжать на новый участок после завершения строительства в следующем году.Семья Комарделл, включая ее 95-летнюю бабушку, будет среди них.

Те, кто остается позади

На более фундаментальном уровне, по словам Комарделл, она разочарована тем, что государство, похоже, рассматривает переселение как предрешенный исход. Дома на Новом острове бесплатны, но при условии, что жильцы не занимают, не арендуют или не модифицируют свой старый дом и не посещают остров Жан-Шарль только в «церемониальных, культурных, исторических и развлекательных целях». Некоторые жители опасаются, что старый город либо снесут бульдозером, либо просто снесут.

Между тем, по словам Комарделла, штат позволяет дельте превратиться из населенного пункта с богатой культурной историей в место экологического туризма для тех, кто надеется увидеть последний проблеск, прежде чем он исчезнет навсегда. По ее словам, на дорогах, ведущих к острову, можно увидеть сверкающие новые рыбацкие пирсы и стоянки, некоторые из которых построены на деньги, полученные от урегулирования разливов нефти BP Deepwater Horizon за 21 миллиард долларов. Но новых дамб построено не было.

«Когда это отдых, рыбалка и веселье, они сделают исключение», — сказала она.«Но они не могут защитить сообщество».

REUTERS / Jonathan Bachman

Население падает в округе Плакеминес и в прибрежной Луизиане, и растет в округах дальше на север, которые менее уязвимы к потере земель и изменению климата.

Ричи Блинк знает это чувство. Он является членом совета прихода Плакеминес, самого южного прихода штата, население которого упало на 14% в период с 2000 по 2010 год. Если климатические мигранты прибывают откуда угодно, то это здесь. Но Блинк сказал, что рыночные цены на нефть и креветки имеют более непосредственное влияние на решения о миграции, чем квадратные метры оставшихся водно-болотных угодий.И, по его словам, понятие массового исхода затемняет тот факт, что по большей части приход по-прежнему является жизненно важным экономическим двигателем для государства.

Хотя он согласился с выводом отчета LASAFE о том, что в зонах повышенного риска наводнений в целом наблюдается снижение доходов домохозяйств и рост уровня бедности, Блинк сказал, что самая важная налоговая база правительства округа — налоги на бизнес на креветочный флот, баржи, нефтеперерабатывающие заводы, и морское буровое оборудование — все еще целы. По его словам, большинство людей не заинтересованы в переезде; им нужна помощь, чтобы остаться.

Мы здесь не для просмотра. Мы здесь, потому что в этом есть необходимость.

«Мы здесь не для просмотра. Мы здесь, потому что в этом есть необходимость, — сказал Блинк. «Работу, которую люди здесь делают, нельзя сделать в другом месте. Это не то место, из которого можно просто выйти и не ожидать широко ощутимых экономических последствий ».

Два проекта развития, выбранных в округе для получения финансирования через LASAFE, отражают это мировоззрение: расширенная гавань для креветочных лодок и клиника психического здоровья, предназначенная для помощи людям в преодолении травм, причиненных жизнью в таком неспокойном месте.

«Легко сказать, что мы должны просто вывести всех», — сказал Далбом из Тулейна. «Но реальность этого настолько обширна, сложна и трудна, что это просто нереально. Правда в том, что в этих местах есть и будут люди в ближайшие десятилетия. Завтра мы не выключаем свет ».

Первоначальная таверна Tahoe была всемирно известным и элегантным горным курортом, построенным в 1901 году.Роскошные номера и удобства, такие как казино, бальный зал и прогулочный пирс, привлекали внимание общества залива Сан-Франциско.

Наслаждайтесь историческим рассказом о 50-летии Tahoe Tavern Properties, опубликованном в журнале Tahoe Weekly и написанном Марком Маклафлином.

Кондоминиум Tahoe Tavern, расположенный к югу от Тахо-Сити, этим летом отмечает свое 50-летие как реинкарнацию оригинального отеля и казино Tahoe Tavern, построенного на рубеже 20-го века.Современная версия таверны Tahoe была в основном завершена в 1965 году, но прежде чем мы рассмотрим эту историю, давайте вернемся к дальновидным усилиям Дуэйна Л. Блисса, человека, который построил таверну и единолично основал современный туризм на озере Тахо.

Дуэйн Лерой Блисс был человеком цельным, способным и дальновидным; положительные черты характера, которые проявятся на озере Тахо. Блисс родился в Савойе, штат Массачусетс, в 1833 году. Он закончил школу к 13 годам. К сожалению, за этим достижением вскоре последовала смерть его матери, поэтому он записался на двухлетний срок работы юнгой на корабле, путешествующем в Южная Америка.Он вернулся домой в 1848 году, чтобы преподавать в савойской школе, но в следующем году новости о золотой лихорадке охватили Новую Англию. Блисс бросил работу и сел на пароход, направляющийся в Калифорнию.

Дуэйну Блиссу едва исполнилось 17 лет, когда он добрался до Калифорнии в 1850 году, но упорным трудом он заработал деньги на небольшом горнодобывающем предприятии. Он использовал свои доходы, чтобы приобрести долю в универсальном магазине и отеле в Вудсайде на полуострове Сан-Франциско. В течение следующего десятилетия он приобрел столь необходимый опыт ведения бизнеса, и в 1860 году Блисс переехал в Голд-Хилл, штат Невада., где его наняли управлять кварцевой мельницей в Сильвер-Сити. Ажиотаж в горнодобывающей промышленности Комстока только зарождался, и люди, которые контролировали капитал, вскоре стали контролировать землю, а также лесозаготовительную и горнодобывающую промышленность, которая только начиналась.

В течение следующих восьми лет Блисс пробовал свои силы во всех аспектах индустрии Комстока. Он руководил крупными строительными проектами, руководил горнодобывающими и обогатительными работами, а также занимал руководящие должности в банковском секторе. К 30 годам Блисс заработал репутацию благодаря здравому смыслу и строгим этическим принципам.

Блисс стал партнером и менеджером банковской фирмы Gold Hill, но компания была приобретена Bank of California. Директора банка были безжалостны, когда дело дошло до получения контроля над горнодобывающими предприятиями Невады. Они использовали ссуды под низкие проценты, чтобы получить выгоду от поглощений нуждающихся в деньгах операторов шахт и штамповочных фабрик. Но Блисс не осталась без работы. Твердые руководители находящегося в Сан-Франциско Bank of California знали, что общины Комсток их не уважают. Но Дуэйн Блисс был хорошо известен своей честностью и хорошей репутацией в западной Неваде, поэтому банк сохранил его в качестве главного кассира.

В 1868 году Банк Калифорнии инициировал строительство железной дороги Вирджиния и Траки и назначил Дуэйна Блисса агентом права прохода, ответственным за приобретение необходимой собственности для проекта, а также за привлечение инвесторов. Д.Л. Блисс не была марионеткой ненавистного банка; он находился в процессе приобретения лесных угодий в бассейне Тахо. Блисс поняла, что ценная древесина, необходимая для поддержания горных работ в Комстоке, находится на склонах, окружающих озеро Тахо, и новая железная дорога V&T будет экономично транспортировать ее в Вирджиния-Сити.

В 1873 году Блисс и группа инвесторов основали компанию Carson and Tahoe Lumber and Fluting, в которой Блисс стал президентом, генеральным директором и крупнейшим держателем акций. У компании было три подразделения: лесозаготовительное, деревообрабатывающее и железнодорожное, с операционным центром в Гленбрук на озере Тахо. В течение следующей четверти века этот консорциум удалил большую часть старой древесины в бассейне Тахо. Это было огромное количество древесины — почти 750 миллионов дощатых футов древесины и 500 000 шнуров дров.В какой-то момент компании принадлежало почти 80 000 акров земли, включая километры нетронутой береговой линии Тахо. Блисс купила большую часть земли всего за 1,25 доллара за акр. Знаменитый журналист Вирджиния-Сити Дэн Де Квилль сказал об этом лучше всего: «Комсток Лод был гробницей в лесах Тахо».

К 1880 году растущий ущерб лесу Тахо вызвал протесты посетителей, редакторов газет и политиков. Движение к уменьшению эксплуатации древесины Тахо получило народную поддержку. Дуэйн Блисс приказал лесорубам на его лесных участках пощадить все деревья диаметром менее 15 дюймов, чтобы защитить часть леса и ускорить его возможное возобновление роста.

В конце концов, Comstock разорился навсегда. Местная экономика рухнула, и люди массово покинули регион. Когда пыль наконец осела, стало очевидно, что сплошные рубки леса уничтожили большую часть природных красот региона. На южном берегу озера Тахо заброшенные лесные поселки, пустые лотки, ржавое железнодорожное оборудование и бесшумные мельницы преследовали обнаженный ландшафт.

Но Дуэйн Блисс не отказывался от волшебства озера Тахо. Он понял, что у озера есть все для поддержки туризма мирового класса, и у него было видение того, как это произойдет.Его план требовал трех взаимосвязанных проектов — стильного пассажирского парохода, железной дороги, соединяющей Тахо-Сити с трансконтинентальной линией Южного Тихого океана в Траки, и Tahoe Tavern, роскошного отеля.

Bliss начал с «SS Tahoe», красавца длиной 169 футов, который он спустил на воду в июне 1896 года. Этот элегантный гидроцикл был построен для комфорта и способен перевозить 200 пассажиров, а также почту и грузы. Гладкий стальной корпус состоял из восьми водонепроницаемых отсеков, что делало корабль практически непотопляемым, а с максимальной скоростью 18 узлов он мог обогнуть озеро Тахо менее чем за восемь часов с остановками.Известная как «Королева озера», она перевезла тысячи пассажиров за почти 45 лет службы.

Чтобы облегчить доступ к Северному озеру Тахо, Блисс построила узкоколейную железную дорогу от Траки до Тахо-Сити. Он основал компанию Lake Tahoe Railway & Transportation, весь капитал которой принадлежал членам его семьи. Дуэйн поручил своему старшему сыну, инженеру-строителю Уильяму Сету, обследовать предполагаемый железнодорожный маршрут вдоль реки Траки. В отличие от предыдущих лесозаготовительных железных дорог в регионе, он был предназначен для туристов.Он работал с 15 мая по 15 ноября, и посетители составляли основную часть его бизнеса.

Центральным элементом плана Bliss был отель и казино Tahoe Tavern, открывшийся в середине 1902 года. Спроектированный другим сыном Блисса, Уолтером, он считался лучшим отелем между Сан-Франциско и Скалистыми горами.

Первая таверна Tahoe открылась весной 1902 года в рамках грандиозного плана лесного барона и оператора железных дорог Дуэйна Л. Блисса по развитию туризма в бассейне реки Тахо. Bliss объединила гладкий, стильный пассажирский пароход и систему поездов с узкой колеей, чтобы удовлетворить потребности состоятельных посетителей, направляющихся к озеру Тахо из США и Европы.

Роскошный отель, спроектированный сыном Дуэйна, архитектором Уолтером Д. Блиссом, был достаточно велик, чтобы считаться лучшим хостелом между Сан-Франциско и Скалистыми горами. В дополнение ко многим достопримечательностям Сан-Франциско Уолтер также спроектировал особняк Хеллмана-Эрмана на территории современного парка Шугар-Пайн на Западном берегу Тахо. Дуэйн Блисс профинансировал проект, заложив свою короткую железную дорогу, чтобы получить ссуду в размере 500 000 долларов. Это было разумное вложение, поскольку поступления от курорта многократно возвращали заемные деньги.

В 1905 году рекламная брошюра описывала Tahoe Tavern как «длинное беспорядочное здание из черепицы цвета сосновой коры, с 20-футовыми крыльцами и опорами из грубо распиленной местной древесины, расположенное в первозданном лесу». На вершине трехэтажного здания было много фронтонов на крутой крыше для сбрасывания зимнего снега. В интерьере использованы балочные потолки, люстры из рога лося и простая мебель в загородном стиле. Комнаты были оборудованы «прекрасно оборудованными ваннами, большими шкафами, электрическим освещением, паровым обогревателем и водопроводом.”Посетителям подавали лучшую доступную еду, в том числе прекрасно приготовленную форель из озера Тахо. Для тех, кто ведет дела или желает связаться с внешним миром, была доступна телефонная связь и услуга Western Union Telegraph. Цены на отели начинались от 3 долларов в сутки.

В отличие от более формальной гостиницы Glenbrook Inn в Bliss, где на обеде требовались галстуки на рубашках, Tahoe Tavern была гораздо более непринужденной. В своей классической книге 1915 года «Озеро Тахо: Небесное озеро» историк Джордж Уортон Джеймс описал жизнь в таверне.

«Это не модный курорт, — писал он, — в том смысле, что все, как мужчины, так и женщины, должны одеваться в модную одежду, чтобы их приветствовали и устраивали дома. Скорее Tahoe Tavern — это самое чудесное сочетание примитивной простоты с роскошью двадцатого века ». Джеймс добавил: «Если кто-то прогулялся в своих белых фланелевых рубашках, он может потанцевать в столовой или общественном зале. Если кто-то приходит с охоты или рыбалки во время обеда, ожидается, что он войдет в столовую одетым так, как он есть.”

К 1930-м годам, однако, дресс-код курорта на обед и ужин стал более формальным: платье и каблуки необходимы для женщин, а пальто и галстуки — для мужчин.

В подтверждение бесчисленного множества мероприятий на свежем воздухе, доступных на озере Тахо, посетителей поощряли «приносить свою старую одежду, чтобы они могли заниматься альпинизмом, ездой на велосипеде, греблей, рыбалкой, верховой ездой, ботаникой в ​​лесу или любым другим занятием, где старая одежда — единственная подходящая одежда.”Для тех, кто желает более расслабляющего отдыха, большая лужайка между отелем и озером была усыпана качелями и креслами с откидной спинкой, которые выходили на Биг Блю.

Таверна была настолько успешным туристическим магнитом, что в 1906 году к ней пристроили пристройку на 80 комнат, а также игорное казино, парикмахерские и просторный бальный зал. 23 декабря 1907 года семейный патриарх Дуэйн Блисс скончался после непродолжительной болезни. Утрата ощущалась далеко за пределами семьи, поскольку один некролог подтвердил: «Его смерть будет огромной потерей как для Невады, так и для Калифорнии, поскольку его деловые интересы были переплетены в обоих штатах, и его безупречная мужественность была чем-то, на чем можно было покоиться.”

После смерти Дуэйна туристическая династия Блаженства продолжала расти. Другие дополнения к комплексу Tahoe Tavern включали кабинет врача, прачечную, а также современную паровую установку и систему водоснабжения. Питьевая вода по трубопроводу поступала из дренажа Бертон-Крик на другой стороне Тахо-Сити, потому что пароходы и лодки, движущиеся по озеру, загрязняли прибрежную воду возле отеля. К 1909 году курорт мог принять 450 гостей. Еще одно крыло было пристроено к отелю в 1925 году за 250 000 долларов, а казино приобрело хорошо укомплектованный винный бар.

Автомобили покорили страну в первые годы 20 века. В конце концов, популярность нового вида транспорта существенно повлияет на движение пароходов и поездов на озере Тахо, но весной 1911 года таверна Тахо предложила большой серебряный трофей первой группе, которая проехала на машине из Калифорнии через саммит Доннера. Отель. Руководство надеялось активизировать свой туристический бизнес в начале сезона и создать заголовки для рекламы в газетах Сан-Франциско.Хотя промоутеры в Tahoe Tavern рассчитывали, что их трофей будет выигран общественно известным человеком из области залива, основным претендентом оказалась группа мужчин из области Grass Valley во главе с Артуром Б. Футом.

Группа

Фута была не единственной, кто боролся за приз, но они лидировали в глубоком июньском снежном покрове. К 9 июня они достигли Сода-Спрингс возле перевала Доннер, где провели день, ремонтируя различные сломанные детали. Наконец, 10 июня они толкнули и потащили свой автомобиль по скалам и снегу к озеру Доннер, где они позавтракали.Воспользовавшись чистой дорогой из Траки в Тахо-Сити, в тот день они добрались до таверны Тахо и забрали свой красивый трофей.

Семья Блисс продала Tahoe Tavern компании Linnard Steamship Lines в 1926 году (дочерней компании Southern Pacific Railroad), поскольку популярность автомобилей снизила трафик на их железной дороге на озере Тахо, которая доставляла туристов прямо в вестибюль Tahoe Tavern. Покупка Линнардом и преобразование узкоколейной железной дороги в стандартную колею Южно-Тихоокеанской железной дорогой привели к новой эре для эксклюзивного летнего курорта.Новое руководство решило оставить отель открытым в зимние месяцы в надежде, что быстро растущая популярность зимних видов спорта добавит новое измерение роли Tahoe Tavern в обществе. Это почти привело к тому, что озеро Тахо стало местом проведения Зимних Олимпийских игр 1932 года.

В конце 1920-х годов у Северного озера Тахо появилась возможность заняться зимними видами спорта. После покупки таверны новые операторы решили открыть заведение с декабря по март, пытаясь развивать зимний бизнес.Транспорт к озеру был предоставлен компанией SPRR, которая обслуживала путь от главной линии в Траки до отеля. Поезд обеспечивал надежный зимний доступ для туристов, направляющихся на Тахо.

И Southern Pacific, и группа Linnard осознали экономический потенциал для работы отеля в обычно закрытый зимний сезон, и были сделаны приготовления для различных развлекательных и спортивных мероприятий. Южный Тихий океан продвигал свои новые зимние виды спорта, планируя ночные экскурсионные поезда по выходным из Сан-Франциско, маршрут, который они назвали «Снежный ком».”

Первоначально основными развлечениями были катание на коньках и тобоггане рядом с отелем, но вскоре на защищенном соснами склоне (нынешнее местоположение курорта Гранлибаккен) примерно в полумиле к западу от отеля была построена площадка для зимних видов спорта. Была построена двойная горка для тобоггана, а затем к декабрю 1927 года был открыт 65-метровый прыжок по траектории. Прыжок был спроектирован таким образом, чтобы на вершине прыжка лыжники могли видеть далекое озеро Тахо над пологом леса внизу. Сегодня Гранлибаккен является старейшим горнолыжным курортом Калифорнии, который постоянно находится в эксплуатации.

Вскоре программа зимних видов спорта в таверне включала катание на коньках, горные и беговые лыжи, а также показательные прыжки с трамплина. Чтобы развлечь своих гостей, таверна Tahoe наняла прыгунов с трамплина национального уровня, таких как норвежские братья Альф и Сверре Энген, чтобы они совершили смелые прыжки. Во время работы в Tahoe Tavern у Альфа и Сверре был характерный прием: они одновременно выполняли прыжок, сцепили руки в полете и затем оторвались от земли для приземления. Эти профессиональные выступления привлекли в таверну сотни зрителей, и будущее зимних видов спорта выглядело ярким, когда толпы росли.Но не имея возможности подготовить к зиме здания, построенные для летних гостей, со временем посетители выбирали другие места во время лыжных поездок на Тахо.

К 1950-м годам таверна Тахо пришла в упадок, и ее верхние этажи были признаны пожарной ловушкой. Часть деревянной конструкции сгорела в начале 1960-х годов, и участок был выставлен на продажу за 1 миллион долларов. Оценка была заниженной, потому что отель не мог получить прибыль, но реальная стоимость была заложена в землю. Руководство Moana Development Corporation по праву сочло эту цену за 25 акров первоклассной собственности на берегу озера недалеко от Тахо-Сити очень выгодной сделкой и заключило сделку.Это произошло вскоре после Зимних игр 1960 года в Скво-Вэлли, и инвесторы поняли, что озеро Тахо становится популярным четырехсезонным курортом.

Проект кондоминиума Tahoe Tavern был разработан Хенриком Буллом, легендарным архитектором горнолыжного курорта. В отличие от оригинального громадного отеля с башней высотой почти 150 футов, Булл спроектировал серию низкопрофильных двухэтажных домов с пологими или плоскими крышами. Снег — хороший изолятор, который сохраняет тепло зимой, а крутые склоны старой таверны опасно сбрасывают снег в огромные кучи, которые иногда сохраняются до поздней весны.Группы таунхаусов в форме полумесяца увеличили вид и устранили прямолинейность рядных домов. Мало того, что новое строительство больше соответствовало окружающей среде, оно было частью философии Булла о «региональной чувствительности».

Высокие первые сахарные сосны и кедры, около шести футов в диаметре, изобилуют площадями, и Быку удалось уместиться в кондоминиумах, не вырубив ни одного дерева. Из-за ветхого состояния все старые деревянные конструкции были удалены, но существующий бассейн и причал длиной 1000 футов были отремонтированы.Даже во время нынешней засухи пирс достигает глубины воды, достаточной для плавания. Место, где когда-то стояла таверна Тахо, теперь превратилось в просторную лужайку. Еще одним преимуществом низкопрофильных конструкций и плоских или слегка наклонных крыш является то, что владельцы кондоминиумов подальше от озера часто имеют вид на Биг Блю.

К 1960 году Хенрик Булл заработал репутацию пионера архитектуры снежной страны в Соединенных Штатах. Заядлый лыжник, который увлекся этим видом спорта в раннем возрасте, его строительные конструкции включали традиционную альпийскую архитектуру, ориентированную на эффективность и безопасность в зонах с сильным снегом.В 1954 году он отправился на лыжную прогулку в Скво-Вэлли, где встретил своего друга Питера Клауссена. Эти двое были соседями по комнате в Бостоне, пока Булл получил степень архитектора в Массачусетском технологическом институте, а Клауссен получил степень магистра делового администрирования в Гарвардской школе бизнеса. Клауссен купил участок земли в Скво-Вэлли у застройщика Уэйна Поулсена и попросил Булла предложить инновационный дизайн дома.

Готовое лыжное шале было показано в иллюстрированной статье в журнале Sunset, которая вызвала лавину писем с просьбами о планах строительства или дополнительной информации.Клауссен продолжал планировать расположение горнолыжной зоны Alpine Meadows, а также многие другие достижения лыжной индустрии, в то время как Булл делал карьеру, занимаясь проектированием загородных домов и проектов для лыжников.

Отпечаток дизайна

Bull можно найти на многих лучших горнолыжных курортах страны. В районе Тахо он был ведущим архитектором оригинального проекта Northstar Village, а также Stillwater Cove в Crystal Bay. Разработчик лыж Squaw Valley Алекс Кушинг нанял Bull для разработки дополнений к High Camp, которые включают бассейн и лагуну, каток и спа.Плодовитый архитектор также спроектировал здание Squaw Kids, а также другие ремонтные работы в Squaw Village.

Хенрик Булл умер 7 декабря 2013 года, но кондоминиумы Tahoe Tavern остаются памятником чувствительности и опыту талантливого архитектора. Из всех его проектов на Тахо «Таверна» до конца оставалась его любимой. Жители этого сообщества разделяют важное наследие и наследие, более чем вековую красочную историю Тахо.

Вода | Бесплатный полнотекстовый | Локальная размывка на опорах сложных мостов в непосредственной близости в режиме чистой воды и живого русла

1.Введение

Размыв — одно из наиболее распространенных повреждений мостов в речных средах. Приближающийся поток, отклоняемый пирсом, приводит к ряду крупномасштабных когерентных структур турбулентности, например, подковообразного вихря, поверхностного ролика и волновых вихрей, которые, следовательно, увеличивают кинетическую энергию и эрозионную способность потока. Отверстие для размыва образуется вокруг пирса, когда окружающие эродируемые материалы слоя значительно увлекаются и размываются элементами потока. При этом дополнительно обнажается сам причал.Наличие промывного отверстия значительно изменяет собственную частоту, напряжение или условия опоры сваи и приводит либо к оседанию, изгибу, либо к усиленному эффекту раскачивания. Разрушение фундамента моста наносит ущерб не только инженерным целям самого моста, но также, возможно, окружающей среде ниже по течению, например, нерестилищам (Мелвилл и Коулман [1]). Опоры моста обычно строятся со сложной геометрией из-за механических, геотехнических факторов. , и структурные соображения.Таким образом, сложные формы сваи более широко распространены во всем мире, чем одиночные сваи с однородным поперечным сечением. Типичная сложная опора моста часто состоит из стеноподобной колонны, поддерживающей настил моста и надстройки, сваи под колонной и группы свай, поддерживающих сваю. Сложные опоры мостов обычно строятся в непосредственной близости друг от друга для больших мостов с несколькими полосами движения, параллельных сопутствующих мостов (особенно сочетания автомобильных и железнодорожных мостов) и мостов с непрерывными пролетами на поймах.Остатки ранее существовавших мостов, которые были снесены или разрушены, также могут повлиять на соседние вновь построенные мосты. На рисунке 1 показаны типичные случаи расположения сложных опор в непосредственной близости. Поле течения и механизм переноса наносов существенно изменяются на сложном пирсе, рядом с которым находится другой. Таким образом, существующие предикторы размыва могут не применяться к таким ситуациям напрямую и требуют дальнейшей корректировки с осторожностью. В предыдущих исследованиях большое внимание уделялось размыву под действием тока на нескольких сваях (Ханна [2]; Эллиотт и Бейкер [3]; Чжао и Шеппард [4], Шумер и др.[5,6]; Атаие-Аштиани и Бехешти [7]; Amini et al. [8]; Liang et al. [9]; Lança et al. [10]; Дас и Максумдар [11]; Wang et al. [12]; Khaple et al. [13]; и Ким и др. [14]) и прочесывать сложные пирсы (Jones and Sheppard [15]; Coleman [16]; Sheppard and Glasser [17]; Ataie-Ashtiani et al. [18]; Grimaldi and Cardoso [19]; ​​Beheshti & Ataie- Аштиани [20,21]; Морено и др. [22,23,24]; Ферраро и др. [25]; Амини и др. [26]; Багбадорани и др. [27]; Янг и др. [28] ]), соответственно. Однако до сих пор нет решения для сценариев с несколькими сложными опорами, что указывает на очевидный пробел в существующих знаниях.Этот пробел и послужил толчком для настоящего исследования. В результате недостаточных знаний люди обычно склонны проектировать с большим резервом безопасности, имея дело с реальной инженерной практикой, что приводит к чрезмерным затратам и значительно увеличивает первоначальный бюджет. Кроме того, стоит отметить, что взаимодействие между опорами моста и другими компонентами фундамента моста, например, опорами, также изучалось Обен-Ньярко и Эттема [29] и Штурмом и др. [30,31]. Они обнаружили, что протяженность и глубина размывающего отверстия в опоре намного больше, чем у ближайшего пирса, и, таким образом, ухудшение размыва, вызванное близостью пирса, обычно незначительно.

Цель данной статьи — дать представление о характере размыва на сложных опорах моста в непосредственной близости и определить количественные и качественные характеристики размыва как при чистой воде, так и в режиме течения с живым дном. Морфологическая реакция эродируемого слоя на соседних опорах может значительно варьироваться с учетом или без общего переноса наносов и миграции пластов, которые являются общими флювиальными факторами, которыми нельзя пренебрегать.

2. Экспериментальная установка

Эксперименты в настоящем исследовании проводились в 2.Лоток для рециркуляции наносов шириной 4 м, глубиной 0,6 м и длиной 25 м в Лаборатории гидромеханики Оклендского университета. Наклон лотка регулируется до 1%. Лоток оборудован двумя водяными насосами, обеспечивающими расход до 1100 литров в секунду, и одним песчаным насосом. Отстойник длиной 4,0 м и глубиной 0,6 м, т.е. испытательная секция для промывных экспериментов, расположен в 11 м ниже по потоку от секции выхода воды. Осадок, использованный в настоящем исследовании, представлял собой однородный кварцевый песок со средним диаметром частиц d50 = 0.84 мм и геометрическое стандартное отклонение σg = 1,30. Этот размер зерен осадка достаточно крупный, чтобы его можно было рассматривать как несвязное и не образующее ряби.

Сложная модель опоры, использованная в настоящем исследовании, была сделана из твердых материалов и представляет собой форму, типичную для опор моста, которые вышли из строя за последние несколько десятилетий в Новой Зеландии, как описано Мелвиллом и Коулманом [1]. Эти сбои включают мост Bulls Road на Sh2, мост Blackmount Road, мост через реку Oreti и мост через Whakatane River Road.Модель состоит из прямоугольной пристеночной колонны (длина 310 мм, ширина 30 мм), прямоугольной сваи-шапки (длина 362 мм, ширина 120 мм, толщина 60 мм) и сваи 2 × 4. группа (диаметром 25 мм на каждую вертикальную сваю). Модель имеет геометрический масштаб 3:50 и аналогична основной модели, использованной Янгом и др. [28]. На рисунке 2 показаны схематические изображения конфигурации сложной модели пирса. Усредненные по глубине скорости измерены норвежским прибором Nortek Vectrino + ADV. Была обнаружена взаимосвязь между измеренной скоростью потока, показаниями электромагнитного расходомера и рабочей частотой контроллера насоса.Глубина размыва была измерена с использованием матрицы с несколькими датчиками (MTA) SeaTek, сделанной в США; подробное описание можно найти в [32]. Каждый преобразователь имеет цилиндрическую форму, диаметр 12,7 мм и длину 25,4 мм. Преобразователи были закреплены на поперечной раме через лоток и в отверстиях, просверленных в крышке сваи, для измерения мгновенной глубины размыва вокруг опоры и на каждой свае на протяжении всего периода испытаний. Преобразователи излучают ультразвуковые импульсы с частотой до 20 Гц и тем самым измеряют расстояние, анализируя отраженный сигнал.Для представления типичных сценариев близости сложных пирсов на месторождении использовались четыре различных расположения опор, в том числе: (a) два соседних расположенных рядом комплексных опоры, которые выровнены по отношению к приближающемуся потоку; (b) две смежные комплексные опоры, расположенные бок о бок, оба наклонены по отношению к набегающему потоку с α = 30 °; (c) две выровненные комплексные опоры, расположенные в шахматном порядке под углом 30 ° между направлением потока и линией, соединяющей центры опор; и (d) два выровненных комплексных опоры с тандемным расположением.Помимо расположения рядом друг с другом, две смежные сложные опоры могут также поддерживать разные мостовые настилы, которые являются общими для сопутствующих мостов с несколькими полосами движения. Если это так, то взаимное расположение двух соседних опор может быть ступенчатым или тандемным. Расстояние между двумя соседними опорами основано на типичных реальных случаях, в то время как более близкое расстояние редко применяется в инженерной практике. На рис. 3 показаны схематические чертежи и фотографии экспериментальных установок перед заполнением лотка.Красными кружками отмечены места, где были размещены датчики MTA для мониторинга данных об уровне пласта в реальном времени. Дополнительные датчики были также установлены перед пирсом для отслеживания ненарушенных гряд, но их нет на рисунке. На рисунке 4 представлена ​​более подробная информация о настройке датчиков MTA на одном из опор, а также схема нумерации датчиков. Предыдущие исследования, в том числе Zhao и Sheppard [4], Lança et al. [10], а также Ян и др. [28] показали, что для размыва группы свай или отдельного наклонного сложного пирса максимальная глубина размыва обычно наблюдается на нижнем конце колонны сваи, расположенной выше по потоку, т.е.е., А3 или А4. Схема эксперимента в настоящем исследовании представлена ​​в таблице 1. Глубина потока y0 была зафиксирована на уровне 0,15 м. Высота сваи была зафиксирована на Hc = 0,06 м, а основание сваи находилось на исходном уровне кровати. Такое положение является типичным и приводит к увеличению глубины размыва, как показали предыдущие исследования (Атайе-Аштиани и др. [18], Морено и др. [22] и Янг и др. [28]). когда начес находится около исходного уровня грядки. Для каждой конструкции сваи был протестирован широкий диапазон соотношений интенсивности потока (U / Uc), начиная с 0.9–4,0–5,2, чтобы исследовать особенности размыва при режимах потока чистой воды (U / Uc≤1) и живого грунта (U / Uc> 1). Когда U / Uc> 1, частицы отложений по всему дну канала начинают перемещаться вниз по течению и приводят к последовательным мигрирующим дюнам с волнообразным узором.

5. Обсуждение

Прогнозирование глубины размыва на сложных опорах всегда было проблемой из-за сложности анализа сложности поля потока и геометрии опоры, как подробно рассмотрено Ettema et al. [38]. В результате ограниченности современных вычислительных возможностей численное моделирование оказалось недостаточно практичным и эффективным, чтобы обеспечить надежное моделирование размыва.Таким образом, инженеры по-прежнему в значительной степени полагаются на эмпирические или полуэмпирические уравнения, основанные на анализе размеров, для расчета равновесной глубины размыва на опорах, хотя ошибки могут быть значительными, и обычно требуются модификации для необычных условий. На сегодняшний день несколько методов прогнозирования были хорошо разработаны и широко применяются во всем мире для сложных опор, включая метод Коулмана (Coleman [16]), метод FDOT (Департамент транспорта Флориды) (Sheppard and Renna [39]), Метод HEC-18 (Arneson et al.[40]) и метод Шеппарда-Мелвилла (S-M) (Шеппард и др. [41]). Метод S-M представляет собой смесь уравнений Шеппарда и Миллера [42] и Мелвилла и Чью [43]. Ettema et al. [38] отметили, что метод S-M легче адаптировать, чем другие методы, по мере появления дополнительной информации. Однако метод S-M изначально был разработан для одиночных опор и не имеет отношения к геометрической сложности. Ян и др. [28] предложили модификацию размыва чистой водой на сложных опорах путем замены диаметра сваи в исходном методе S-M на равновесную ширину сваи, рассчитанную по другим уравнениям.Ян и др. [44] расширил вышеупомянутую модификацию на диапазон расхода живого слоя. Новый расширенный метод можно описать следующим образом: Когда U / Uc≤1:

f3 = De / d5069,25 (De / d50) -0,34 + 0,14 (De / d50) 1,41

(4)

Когда 1 dseDe = f1 {2.3 [1- (UUc − UlpUcUlpUc − 1)] 1.1 + 3.17f3 (UUc − UlpUcUlpUc − 1) 1.1}

(5)

В частности, U _lp представляет скорость потока, при которой формы слоя вымываются, то есть переходная стадия с плоским слоем. Эквивалентная ширина опоры De рассчитывается методом Коулмана [16] для выровненных сложных опор и методом Шеппарда и Ренны [38] для наклонных сложных опор.Эффективность уравнений (1) — (7) сравнивается с методами HEC-18 и FDOT на рисунке 10. Были также проведены дополнительные эксперименты для исследования размыва на отдельных опорах, и результаты включены в рисунок для сравнения. На рис. 10а для расположения бок о бок с выровненным потоком размыв живого слоя усугубляется близостью другого пирса, в то время как в режиме потока чистой воды существенной разницы нет. Напротив, на Рисунке 10b с углом наклона 30 ° глубина размыва на обоих опорах уменьшается из-за наличия другой опоры, хотя горизонтальная протяженность объединенного размывающего ствола обычно несколько больше, чем отверстие, образованное любым отдельным комплексом. пирс.Это противоречит интуиции, что большая блокировка потока обычно ведет к большей глубине размыва. Возможное объяснение состоит в том, что наличие расположенной ниже по потоку сваи вызывает большее разделение потока, которое начинается с более длинного расстояния выше по потоку от места сваи, тогда угол атаки потока фактически уменьшается из-за улучшенного отклонения потока. Необходим дополнительный анализ, как физический, так и численный, чтобы лучше описать механизм ослабления размыва в аналогичных ситуациях. При расположении смещенных и сдвоенных свай на рис. 10c, d нижний свай не оказывает значительного влияния на нижний свай.Таким образом, модифицированный и расширенный метод SM обеспечивает адекватный, но не чрезмерный запас прочности, даже если глубина размыва увеличивается из-за соседнего пирса, и естественная тенденция «нисходящего-восходящего движения» с увеличением скорости потока в режиме реального дна также может быть устранена. захвачен с хорошей точностью. Напротив, хотя метод FDOT и метод HEC-18 показывают удовлетворительную точность для размыва чистой воды, оба они имеют тенденцию чрезмерно упрощать тенденцию размыва в режиме течения живого русла и могут привести к значительным ошибкам.В методе HEC-18 для учета влияния скорости потока используется число Фруда (а не U / Uc, как в других популярных методах), и это может быть причиной чрезмерного завышения оценки, которое можно наблюдать на рисунке 10. Следовательно, он Инженерам и исследователям предлагается использовать модифицированный и расширенный метод SM, выраженный уравнениями (1) — (7), для прогнозирования глубины размыва на пирсе выше по течению при выравнивании с приближающимся потоком. Следует также обратить внимание на особые условия, которые могут привести к усилению размыва из-за угла перекоса, как показано на рисунке 10a.Между тем, информацию, представленную на Рисунке 8, можно использовать для оценки региональной топографии русла, потенциального местоположения серьезного повреждения размывом или стабильности уровня пласта во время миграции гряд. Следует отметить, что на характер размыва на участках мостов также могут значительно влиять другие искусственные сооружения или естественный рельеф, например плотины, шлюзовые ворота или отмели, которые могут даже располагаться достаточно далеко, чтобы иногда ими можно было ошибочно пренебречь. Wang et al. [45] изучает усиление размыва, вызванное смежной затопленной плотиной, установленной ниже по потоку от пирса в условиях живого дна.Схема размыва при расположении ступенчатой ​​или тандемной опоры будет более подвержена влиянию нижнего водослива. Кроме того, наличие водослива приводит к усилению слоя выше по потоку и, как следствие, изменяет относительную высоту верхней части сваи до исходного уровня слоя. Относительная высота верхней части свай рассматривается как ключевой фактор, влияющий на развитие размыва и равновесную глубину размыва на сложных опорах (Coleman [16]; Ataie-Ashtiani et al. [18]; Moreno et al. [22]; Yang et al. др. [28]).Подобные эффекты также могут быть вызваны общей деградацией слоя, которая обычно происходит после затворов шлюза. Кроме того, естественный рельеф, например отмели, изгибы и песчаные косы, может вызвать наклонный поток, который значительно усложняет сценарий анализа глубины размыва.

Как правило, анализ размыва сложных опор моста затруднен. Надежный прогноз может быть получен только тогда, когда влияние близости пирса точно интегрировано с влияниями многих других факторов, которые не рассматриваются в этой статье.Текущее исследование все еще носит ограниченный характер и исследует только общую картину размыва с типичным расположением опор и фиксированной высотой сваи. Дополнительные исследования, которые потребуются в будущем, включают обширное тестирование влияния сложности пирса, типа отложений, градации, большого блокирования потока из-за следующих друг за другом пирсов и нетрадиционных конструкций пирсов, что может помочь в создании обновленной структуры прогнозирования размыва, которая не обсуждается в текущем исследовании. .

Идеи дизайна чайного сервиза Pier One

Серые двустворчатые двери со стеклянными панелями, открывающие кладовую дворецкого в стиле камбуза, заполненную светло-серыми шкафами, украшенными латунными задвижками.

Пальто Дома

Обеденный банкетный стол с потрясающим тафтинговым рисунком с обивкой из серой кожи вокруг черного козелка и набора серых тканых обеденных стульев.

Валери Грант Интерьеры

Уютная кухня коттеджа отличается шпунтованными стенами с вертикальной отделкой и балками на потолке из мореного дерева.

TS Adams Studio

Современная комната для девочек с ярким дизайном, стенами цвета цитрусово-желтых и соответствующим бархатным диваном с розовыми дамасскими подушками.

Творческий тоник

Спальня в стиле отеля: светло-серая кровать на фоне коричневой стены с акцентом и тремя окнами, которые пропускают внутрь много естественного света.

Лорен Хэскетт Fine Design

Одна из тенденций в дизайне кухонь — это стили, отделка или цвет дерева, использование контраста для привлечения особого внимания к различным областям.

Кухня-студия Glen Ellyn

Светло-серая кухня может похвастаться двумя островками: один — старинным овальным деревянным островом, а другой — столешницей из белого кварца со светло-серыми шкафчиками-шейкерами.

Мэг Лонерган

Светлая, просторная кухня открытой планировки в коттедже с большим белым кухонным островом по центру со встроенными полками для поваренных книг, отделкой для шейкера и точеными столешницами из белого мрамора.

Ананасовые пальмы

Эта большая кухня-столовая представляет собой кухонный остров с мраморной столешницей по центру и 6 барных стульев Kartell One More в сиреневом цвете.

Кухня

Потрясающая кухня для гурманов с шкафами для эспрессо и кухонным островом для эспрессо с белыми мраморными столешницами, раковиной на кухонном острове, подносом из стерлингового серебра и чайным сервизом, полками из нержавеющей стали по бокам французской кухонной вытяжки с коричневой мини-плиткой-фартуком с наполнителем для кастрюль и ассортиментом La Cornue.

Дизайн кухни de Giulio

Зернистая древесина в деревенском стиле придает кускам особый характер, если оставлять их необработанными и открытыми, например, деревянные кессонные балки на потолке кухни.

Кэнтли и компания

Удивительная синяя кухня может похвастаться синими шкафами в паре с белыми каменными столешницами и белой каменной плитой, обрамляющей вытяжку из нержавеющей стали над индукционной варочной панелью, в окружении синего холодильника слева и встроенной микроволновой печи, установленной над двойными духовками справа.

Sutro Architects

Перестройка кладовой за 100 долларов с использованием прозрачных органайзеров без содержания бета в паре от HomeGoods, TJMaxx и Marshalls.

Переоборудование кладовой за 100 долларов с использованием прозрачных органайзеров для кладовой без содержания б / п от Homegoods, TJMaxx и Marshalls.

Красиво оформленная палуба на крыше со складными стульями из тикового дерева, размещенными на серых сланцевых брусчатках, обращенных к прямоугольной бетонной яме для костра.

Брук Вагнер Дизайн

Черно-белая стена с фотографиями украшает столовую с гарнитуром для бистро из светлого дуба.

Проектные работы

Овальное зеркало свисает с белой стены из корабельного стула над консольным столом из утилизированных деревянных козлов, освещенным стеклянной лампой и помещенным в длинном холле за серым бегуном.

Джефф Чик

A Restoration Hardware Прямоугольный обеденный стол из тикового дерева Balmain стоит на тиковой террасе, окруженный серым тиком и плетеными обеденными стульями.

Brandon Architects

Синие нижние шкафы в белой кухне определяют формальную и жизнерадостную цветовую схему с центральным островом и кухонным полуостровом.

Бекки Оуэнс

Синий остров в центре меняет эстетику в естественном деревенском стиле, в котором вместо ящиков используются выдвижные ящики.

Бекки Оуэнс

Великолепная кухня с шейкерами, выкрашенными в бледно-зеленый цвет, с подсветкой Benjamin Moore Tea Light, украшенной латунной фурнитурой и гранитными столешницами с фартуком из плитки метро.

Дом молока и меда

Современная гостиная с восьмиугольным зеркалом Pier 1 на каминной полке, а также стеклянными мозаичными вазами.

Масло лутц

Ябу Пушельберг наполняет картину Жана Жоржа «Фултон» изысканным морским мотивом

Последнее предприятие Жана Жоржа The Fulton было спроектировано ведущим дизайнерским дуэтом Нью-Йорка Ябу Пушелбергом, чтобы воссоздать историю городского морского порта. Новый ресторан, расположенный на пирсе 17, украшен расписанными вручную фресками Эн Виу, которые иллюстрируют причудливое подводное путешествие. Эта тема воплощена в изысканном использовании зеленых банкеток из морской пены и U-образных кварцевых столешниц.Общая схема, очевидная во всем двухэтажном ресторане, отклоняется в направлении, противоположном тому, что легко может стать китчем, особенно когда речь идет о морских процедурах. Скорее, дизайн The Fulton демонстрирует мастерство элегантной и сдержанной интерпретации. Узоры на полу дока, деревянные панели и асимметричное освещение играют на плавучести ватерлинии снаружи, поскольку места для сидения внутри и снаружи обеспечивают беспрепятственный вид на Бруклинский мост.

Устричный бар U-образной формы с кварцевой столешницей напоминает о морском прошлом Нью-Йорка.

Большинство банкетных залов и открытых патио предлагают беспрепятственный вид на Бруклинский мост.

(любезно предоставлено The Fulton)

Объединяющая фреска к югу от мыса Горн, созданная Studio En Viu (Диего Кастаньо и Чандлер Ноа), черпает вдохновение из знаменитого романа Жюля Верна «Двадцать тысяч лье под водой» и изображает сочетание ландшафта и морских пейзажей, населенных персонифицированными существами и растительной жизнью. На иллюстрации, проходящей через главный этаж, отдельные обеденные залы и садовый сад на первом этаже, также представлены реликвии кораблекрушений и вставленные портреты знаменитого автора.В целом, фреска рассказывает историю исследователей, которые в поисках предполагаемого морского монстра отправляются в потустороннее путешествие. Цветовая палитра напоминает римские фрески и вызывает чувство ностальгии.

На протяжении веков океан порождал монстров, и, как и космическое пространство, было местом действия научной фантастики. Однако, в отличие от космического пространства, океаны являются частью нашей планеты. Наука знает о космосе больше, чем о глубинах океана; в этом отсутствии знания бездна — это место, где полностью господствует воображение.

Фреска к югу от мыса Горн вызывает чувство открытия, ностальгии и размышлений о неизведанном.

Различные персонифицированные существа и элементы растительной жизни помогают рассказать историю исследовательского путешествия.