Kristalni oscilator je elektronsko oscilatorno vezje, ki se uporablja za mehansko resonanco vibrirajočega kristala piezoelektričnega materiala. Ustvaril bo električni signal z določeno frekvenco. Ta frekvenca se običajno uporablja za beleženje časa, na primer ročne ure se uporabljajo v digitalnih integriranih vezjih za zagotavljanje stabilnega urnega signala in se uporabljajo tudi za stabilizacijo frekvenc radijskih oddajnikov in sprejemnikov. Kremenov kristal se uporablja predvsem v radiofrekvenčnih (RF) oscilatorjih. Kremenov kristal je najpogostejša vrsta piezoelektrični resonator , v vezjih oscilatorjev jih uporabljamo, zato so postali znani kot kristalni oscilatorji. Kristalni oscilatorji morajo biti zasnovani tako, da zagotavljajo nosilnost.

Obstajajo različne vrste oscilatorjev elektronska vezja ki so v uporabi, in sicer: Linearni oscilatorji - Hartleyev oscilator, oscilator s faznim premikom, Armstrongov oscilator, Clapp oscilator, Oscilator Colpitts . Sprostitveni oscilatorji - Royerjev oscilator, obročni oscilator, multivibrator in Oscilator z napetostjo (VCO). Kmalu bomo podrobno razpravljali o kristalnih oscilatorjih, kot so delovanje in aplikacije kristalnega oscilatorja.

Kaj je kvarčni kristal?

Kremenov kristal ima zelo pomembno lastnost, znano kot piezoelektrični učinek. Ko na čelne površine kristala deluje mehanski tlak, se na kristalu pojavi napetost, ki je sorazmerna z mehanskim tlakom. Ta napetost povzroči popačenje v kristalu. Popačena količina bo sorazmerna z uporabljeno napetostjo in tudi z izmenično napetostjo, ki deluje na kristal, ki povzroči njegovo vibriranje pri svoji naravni frekvenci.

Kvarčni kristalni tokokrog

Spodnja slika predstavlja elektronski simbol piezoelektričnega kristalnega resonatorja in tudi kremenovega kristala v elektronskem oscilatorju, ki je sestavljen iz upora, induktorja in kondenzatorjev.

Diagram kristalnega oscilatorja

Zgornja slika je nov kvarčni kristalni oscilator s frekvenco 20 MHz in je ena vrsta kristalnih oscilatorjev, ki deluje s frekvenco 16 MHz.

Kristalni oscilator

Na splošno bipolarni tranzistorji ali FET se uporabljajo pri izdelavi kristalnih oscilatorjev. To je zato, ker operacijski ojačevalnik s se lahko uporabljajo v različnih nizkofrekvenčnih oscilatorjih, ki so pod 100KHz, vendar delujejo ojačevalniki nimajo pasovne širine za delovanje. Težava bo pri višjih frekvencah, ki se ujemajo s kristali nad 1MHz.

Za premagovanje tega problema je zasnovan kristalni oscilator Colpitts. Deloval bo pri višjih frekvencah. V tem oscilatorju je LC krogotok rezervoarja ki zagotavlja povratna nihanja, je nadomestil kremenov kristal.

Diagram kristalnega oscilatorja

Kristalni oscilator deluje

Kristalno oscilatorno vezje običajno deluje na principu inverznega piezoelektričnega učinka. Uporabljeno električno polje bo povzročilo mehansko deformacijo nekaterih materialov. Tako uporablja mehansko resonanco vibrirajočega kristala, ki je narejena s piezoelektričnim materialom za generiranje električnega signala določene frekvence.

Običajno so oscilatorji iz kvarčnega kristala zelo stabilni, sestavljeni so iz kakovostnega faktorja (Q), so majhni in so ekonomsko povezani. Zato so vezja oscilatorjev iz kvarčnega kristala boljše v primerjavi z drugimi resonatorji, kot so LC vezja, uglasitvene vilice. Na splošno v Mikroprocesorji in mikro krmilniki uporabljamo 8MHz kristalni oscilator.

“LED -i vzporedno proti serijam ”

Enakovredno električni tokokrog opisuje tudi kristalno delovanje kristala. Samo poglejte enakovredni diagram električnega vezja, prikazan zgoraj. Osnovne komponente, ki se uporabljajo v vezju, induktivnost L predstavlja kristalno maso, kapacitivnost C2 predstavlja skladnost, C1 pa predstavlja kapacitivnosti ki nastane zaradi kristalnega mehanskega oblikovanja, odpornost R predstavlja trenje notranje strukture kristala, diagram vezja kvarčnega kristalnega oscilatorja je sestavljen iz dveh resonanc, kot sta serijska in vzporedna resonanca, tj. Dveh resonančnih frekvenc.

Kristalni oscilator deluje

Serijska resonanca se pojavi, ko je reaktanca, ki jo ustvarja kapacitivnost C1, enaka in nasprotna reaktanci, ki jo povzroči induktivnost L. Fr in fp predstavljata serijsko in vzporedno resonančno frekvenco, vrednosti 'fr' in 'fp' pa lahko določimo z uporabo naslednje enačbe, prikazane na spodnji sliki.

Zgornji diagram opisuje enakovredno vezje, graf ploskve za resonančno frekvenco, formule za resonančne frekvence.

Uporaba kristalnega oscilatorja

Na splošno vemo, da se pri zasnovi mikroprocesorjev in mikrokrmilnikov uporabljajo kristalni oscilatorji za zagotavljanje urnih signalov. Na primer, razmislimo 8051 mikrokrmilniki , v tem posebnem krmilniku bo zunanje vezje kristalnega oscilatorja delovalo z 12MHz, kar je bistvenega pomena, čeprav mora ta mikrokrmilnik 8051 (na osnovi modela) lahko deluje na 40 MHz (max) v večini primerov zagotoviti 12MHz, ker za strojni cikel 8051 zahteva 12 urnih ciklov, tako da se doseže efektivna hitrost cikla pri 1MHz (pri 12MHz urah) do 3,33MHz (pri največ 40MHz urah). Ta kristalni oscilator, ki ima hitrost cikla od 1 MHz do 3,33 MHz, se uporablja za generiranje taktov, ki so potrebni za sinhronizacijo vseh notranjih operacij.

Uporaba kristalnega oscilatorja

Obstajajo različne aplikacije za kristalni oscilator na različnih področjih, nekatere od njih pa so navedene spodaj

Uporaba kristalnega oscilatorja Colpitts

Oscilator Colpitts se uporablja za generiranje sinusnega izhodnega signala pri zelo visokih frekvencah. Ta oscilator se lahko uporablja kot različne vrste senzorjev, kot so temperaturni senzorji Zaradi naprave SAW, ki jo uporabljamo v vezju Colpitts, zazna neposredno s svoje površine.

Kristalni oscilator Colpitts

Aplikacije oscilatorjev Colpitts vključujejo predvsem tiste, kjer se uporablja širok razpon frekvenc. Uporablja se tudi v nemotenih in neprekinjenih nihajnih pogojih. Z uporabo nekaterih naprav v vezju Colpitts lahko dosežemo večjo temperaturno stabilnost in visoko frekvenco.

Colpitts, ki se uporabljajo za razvoj mobilnih komunikacij in radijskih komunikacij.

Uporaba Armstrongovega kristalnega oscilatorja

To vezje je bilo priljubljeno do 40. let 20. stoletja. Ti se pogosto uporabljajo v regenerativnih radijskih sprejemnikih. V tem vhodu se radiofrekvenčni signal iz antene magnetno poveže v krogotok rezervoarja z dodatnim navitjem, povratne informacije pa se zmanjšajo, da dobijo nadzor v povratni zanki. Končno proizvaja ozkopasovni radiofrekvenčni filter in ojačevalnik. V tem kristalnem oscilatorju je LC resonančno vezje nadomeščeno s povratnimi zankami.

Kristalni oscilator Armstrong

“Kakšne so osnovne razlike in podobnosti med generatorjem in elektromotorjem? ”

V vojaški in vesoljski industriji

Za učinkovit komunikacijski sistem se kristalni oscilatorji uporabljajo v vojski in vesoljski industriji. The komunikacijski sistem je vzpostaviti in za namene navigacije ter elektronsko bojevanje v sistemih vodenja

V Raziskave in meritve

Kristalni oscilatorji se uporabljajo v raziskavah in meritvah za nebesno navigacijo in sledenje vesolju, v medicinskih napravah in merilnih instrumentih.

Industrijske aplikacije kristalnega oscilatorja

Obstaja veliko industrijskih aplikacij kristalnega oscilatorja. Veliko se uporabljajo v računalnikih, instrumentaciji, digitalnih sistemih, v fazno zaklenjenih zančnih sistemih, modemih, pomorstvu, telekomunikacijah, senzorjih in tudi v diskovnih pogonih.

Crystal Oscillator se uporablja tudi v krmiljenju motorja, uri in potovalnem računalniku, stereo in v sistemih GPS. To je avtomobilska aplikacija.

Kristalni oscilatorji se uporabljajo v številnih potrošniških izdelkih. Na primer sistemi kabelske televizije, video kamere, osebni računalniki, igrače in video igre, mobilni telefoni, radijski sistemi. To je potrošniška aplikacija kristalnega oscilatorja.

Vse to je tisto, kar je a Kristalni oscilator , deluje in Aplikacije. Menimo, da so informacije v tem članku koristne za boljše razumevanje tega koncepta. Poleg tega kakršna koli vprašanja v zvezi s tem člankom ali kakršna koli pomoč pri izvajanju električni in elektronski projekti , se lahko obrnete na nas s komentarjem v spodnjem oddelku za komentarje. Tukaj je vprašanje za vas, katera je glavna funkcija kristalnega oscilatorja?

Zasluge za fotografije: