Все ли комплектующие изнашиваются в электронике? Или некоторые лишь хорошеют, становясь даже лучше чем были? Если применимо к самым обычным «бытовым приборам» как компьютеры, планшеты с мобильниками, часы наручные или игровые консоли с приставками.
Существует миф про якобы «деградирующий кварц» — изменение свойств из-за длительного использования (порядка 10-20 лет). Однако, практика показывает другое, что кварцевая пластина резонатора с годами эксплуатации лишь хорошеет в плане стабильности частоты колебаний. Т.е. хорошие показатели именно у генераторов отработавших по 20-30 лет, нежели более свежих (произведённых пару лет назад).
TL;DR Ощутимо хорошеют с годами «кварцы» с частотами ниже 130 кГц из непримиальной электроники (для других эффект «вызревания» менее заметен).
Разные типы резонаторовВ бытовой технике есть кварцевые генераторы с пластинами разной формы, полученные различным подходом к вырезанию из пьезокристалла кварца:
• AT-срез (от 500 кГц до ≈10 МГц)
• NT-срез (от 8 до 130 кГц)
• XY-срез (от 3 до 85 кГц)
AT-срезы используются в сфере радиотехники (приёмников и передатчиков сигналов). Поскольку весьма стабильны по частотам колебания в широком диапазоне температур, часто встречающихся как быту и обиходе. По форме пластинка кварца напоминает линзу или шайбу.
XY- и NT-срезы в бытовой технике встречаются несколько чаще. Имеют форму «вилки» («камертонного типа»), поскольку работают на том же принципе, что и вибрации у музыкального камертона. Именно такие «кварцы» менее стабильны в плане частоты колебаний при возникновении перепадов температур. Номинальная частота наблюдается при +25°С, по факту становится значительно меньше при понижении или повышении температуры (симметрично, график имеет вид параболы).
Зачем разные типы резонаторовЧем ниже частота у «кварца», тем меньше расходуется энергии на поддержание колебаний пластинки — меньше рассеивается переходом в движение. Разница между 10 МГц и 32 кГц по расходу энергии в сотни раз и более, что критично для носимой или же мобильной электроники с автономным питанием.
Проблемы с отклонением частотыЕсли взять резонатор 32,768 кГц (32'768 Гц) с пластинкой XY-среза, то при −10°С или +50°С частота вибрации уменьшается на 30...50ppm, т.е. если это часы, то за сутки это даст отставание хода на три-четыре секунды. Это по сравнению с работой данных часов при комнатной температуре в +25°С.
У пластин изготовленных AT-срезом отклонения частоты колебаний в зависимости от температуры имеют кардинально иной вид (частоту возрастает при охлаждении и падает при нагреве). Если делать часы на таком «кварце» частотой 10 МГц и сравнить с работой при +25°С, то отклонения составят одну секунда в сутки:
• при +85°С отстанут,
• при —50°С торопятся.
Суть явления самостабилизацииПри изготовлении резонатора пластинка запечатывается в герметичную металлическую колбу. Стабилизированная среда по атмосферному давлению и влажности. Если эта оболочка не нарушена, то с годами эксплуатации стабильность частоты лишь улучшается.
Физически даже в твёрдых материалах имеется постоянный дрейф атомов, текут как и в жидкостях, но очень-очень медленно. При вырезании кварцевой пластинки из кристалла на гранях появляются микроскопические дефекты. В ходе эксплуатации поддерживается температура отнюдь не нулевая (в шкале Кельвина), да ещё и совершаются постоянные механические вибрации, то кристаллическая решётка и выправляется. Де-факто наблюдается как бы сглаживание острых мест в сколах и трещинах, возникших ранее из-за механической обработки поверхности в ходе изготовления.
Сроки эксплуатацииТ.е. дешёвенькие и простецкие старые электронно цифровые часы, работающие уже 20-30 лет, будут априори лучше «ходить». Аналогично и для дешёвых кварцевых часов, которые со стрелочками и циферблатами, а не дисплеем. И хватит этой стабильной замечательной работы «кварца» ещё на 20 лет, потому как расчётный срок службы порядка 50, а может быть и 60 лет. Дело не в пластинке кварцевого пьезокристалла, просто корпус элемента-запчасти не может быть вечен. Рано или поздно колба хоть и металлическая но таки начнёт рассыпаться, хотя бы в месте крепления потеряется герметичность.
Ширпотреб vs. дорогая электроникаТехнология выращивания кварцевых кристаллов кардинально не менялась, т.е. за 30 лет не было особо радикальных изменений в технологии производства резонаторов.
Если в целом, то комплектующие такого рода тогда и сейчас делаются примерно одинаково.
Кристаллы кварца всё так же выращивают неоднородными. Премиальный сегмент требует больше контроля как за ростом кристаллов, так и за тем насколько аккуратно вырезаются пластинки. С более точным выдерживанием допуска по углу наклона среза к осям кристалла и последующей финишной обработкой мест срезов (и полировка, и тавление кислотой плавиковой).
В сегменте же массовой, более доступной техники, допуска особо не менялись, процедуры финишной доводки мест среза тоже остались примерно теми же. Каждый производитель экономит как хочет, всячески борясь за низкую себестоимость или нюансы переноса своих фабрик из одной страны в другую.
Однозначно кардинальным отличием премиального сегмента является практика отжига пластинок в специальных печах. Этот процесс более известен как искусственное состаривания, и активно упоминается производителями в качестве меры предотвращения стабилизации свойств характеристик. Такого точно нет в сегменте массово доступной электроники.
Напряжение питанияКварцевая пластинка вибрирует с частотой не зависящей от того, как меняется напряжение тока. Либо мощности источника тока хватает, либо нет — без изменения частоты колебаний. Единственное на что влияет снижение напряжения по мере разряда батареи:
- У электронно цифровых часов это питание чипа и дисплея, чип может перезагружаться в моменты просадки напряжения, дисплей становится крайне блёклым или вообще гаснет.
- У кварцевых надо вращать стрелки и слабое напряжение влияет на возможность вовремя проворачивать шестерёнки (традиционно имеются «колёсами»).
#
микроэлектроника #
схемотехника #
аналоговый-мир #
hardware #
часы #
watch #
watches #
lang_ru
