Zasada działania oscylatora Cystal

Podsumowanie oscylatora kwarcowego

Oscylator kwarcowy oznacza płytkę wyciętą z kryształu kwarcu pod pewnym kątem azymutu, rezonator kwarcowy, określany jako kryształ kwarcowy lub oscylator kwarcowy;Element kryształowy z układem scalonym dodanym wewnątrz opakowania nazywany jest oscylatorem kwarcowym.Jej produkty pakowane są zazwyczaj w pudełka metalowe, ale także w opakowania szklane, ceramiczne lub plastikowe.

Zasada działania oscylatora kwarcowego

Oscylator kwarcowy jest urządzeniem rezonansowym wykonanym w oparciu o efekt piezoelektryczny kryształu kwarcu.Jego podstawowy skład jest mniej więcej następujący: Z kryształu kwarcu według pewnego wycinka azymutu, pokrytego warstwą srebra na dwóch odpowiednich powierzchniach jako elektrody, przyspawany drut prowadzący na każdej elektrodzie jest połączony z kołkiem, połączony z uformowaną powłoką opakowania rezonator kwarcowy, zwany kryształem kwarcu lub kryształem, wibracje kryształu.Jej produkty pakowane są zazwyczaj w pudełka metalowe, ale także w opakowania szklane, ceramiczne lub plastikowe.

Jeśli na dwie elektrody kryształu kwarcu zostanie przyłożone pole elektryczne, chip odkształca się mechanicznie.I odwrotnie, jeśli po obu stronach chipa zostanie zastosowany nacisk mechaniczny, pole elektryczne zostanie wygenerowane w odpowiednim kierunku chipa.To zjawisko fizyczne nazywa się efektem piezoelektrycznym.Jeśli do dwóch biegunów chipa zostanie przyłożone napięcie przemienne, chip wygeneruje wibracje mechaniczne, które z kolei wygenerują zmienne pola elektryczne.

Ogólnie amplituda drgań mechanicznych chipa i amplituda przemiennego pola elektrycznego są bardzo małe, ale gdy częstotliwość przyłożonego napięcia przemiennego ma określoną wartość, amplituda znacznie wzrasta, znacznie większa niż w przypadku innych częstotliwości , zjawisko to nazywa się rezonansem piezoelektrycznym i jest bardzo podobne do rezonansu obwodu LC.Jego częstotliwość rezonansowa jest powiązana ze sposobem skrawania, geometrią i rozmiarem wióra.

Kiedy kryształ nie wibruje, można go uznać za płaski kondensator zwany pojemnością elektrostatyczną C, a jego rozmiar jest powiązany z geometrycznym rozmiarem chipa i powierzchnią elektrody, zwykle od kilku do kilkudziesięciu metod skórnych .Kiedy kryształ oscyluje, bezwładność wibracji mechanicznych jest równa indukcyjności L. Ogólnie wartości L wahają się od dziesiątek do setek stopni.Elastyczność chipa może odpowiadać pojemności C, która jest bardzo mała, zwykle tylko 0,0002 ~ 0,1 pikograma.Straty spowodowane tarciem podczas wibracji płytki są równoważne R, które ma wartość około 100 omów.Ponieważ równoważna indukcyjność chipa jest bardzo duża, a C jest bardzo mała, R jest również małe, więc współczynnik jakości Q obwodu jest bardzo duży, do 1000 ~ 10000. Ponadto częstotliwość rezonansowa samego chipa jest zasadniczo związane tylko z trybem cięcia, geometrią i rozmiarem chipa i może być wykonane precyzyjnie, dzięki czemu obwód oscylatora złożony z rezonatorów kwarcowych może uzyskać stabilność wysokiej częstotliwości.

Komputery posiadają obwód czasowy i chociaż termin „zegar” jest powszechnie używany w odniesieniu do tych urządzeń, w rzeczywistości nie są one zegarami w zwykłym tego słowa znaczeniu.Można je lepiej nazwać timerami.Zegar komputerowy to zazwyczaj precyzyjnie obrobiony kryształ kwarcu, który oscyluje w granicach swojego naprężenia z częstotliwością zależną od sposobu cięcia samego kryształu i stopnia naprężenia, któremu jest poddawany.Z każdym kryształem kwarcu powiązane są dwa rejestry: licznik i rejestr wstrzymania.Każda oscylacja kryształu kwarcu zmniejsza licznik o jeden.Gdy licznik spadnie do 0, generowane jest przerwanie i licznik ponownie ładuje wartość początkową z rejestru wstrzymania.Takie podejście umożliwia zaprogramowanie timera tak, aby generował 60 przerwań na sekundę (lub z dowolną inną żądaną częstotliwością).Każde przerwanie nazywane jest taktowaniem zegara.

Pod względem elektrycznym oscylator kwarcowy może być odpowiednikiem sieci z dwoma zaciskami, składającej się z kondensatora i rezystora połączonych równolegle oraz kondensatora połączonego szeregowo.W elektrotechnice sieć ta ma dwa punkty rezonansowe, które są podzielone na wysokie i niskie częstotliwości.Niższa częstotliwość to rezonans szeregowy, a wyższa częstotliwość to rezonans równoległy.Ze względu na właściwości samego kryształu odległość między dwiema częstotliwościami jest dość blisko.W tym bardzo wąskim zakresie częstotliwości oscylator kwarcowy jest odpowiednikiem cewki indukcyjnej, więc dopóki dwa końce oscylatora kwarcowego zostaną połączone równolegle z odpowiednimi kondensatorami, utworzy on równoległy obwód rezonansowy.Ten równoległy obwód rezonansowy można dodać do obwodu ujemnego sprzężenia zwrotnego, tworząc sinusoidalny obwód oscylacyjny.Ponieważ zakres częstotliwości oscylatora kwarcowego odpowiadający indukcyjności jest bardzo wąski, częstotliwość tego oscylatora nie zmieni się zbytnio, nawet jeśli parametry innych komponentów znacznie się różnią.

Oscylator kwarcowy ma ważny parametr, czyli wartość pojemności obciążenia. Wybierz pojemność równoległą równą wartości pojemności obciążenia, aby uzyskać nominalną częstotliwość rezonansową oscylatora kwarcowego.Ogólny obwód oscylacji kryształu wibracyjnego znajduje się na przeciwległych końcach wzmacniacza odwracającego podłączonego do kryształów, ma dwie pojemności odbierające końce kryształów, odpowiednio każdą pojemność po drugiej stronie odbiornika, pojemność dwóch kondensatorów połączonych szeregowo powinna być równa do pojemności obciążenia, proszę zwrócić uwagę, że ogólne piny układu scalonego mają równoważną pojemność wejściową, nie można tego zignorować.Ogólnie pojemność obciążenia oscylatora kwarcowego wynosi 15 lub 12,5 skóry.Jeśli weźmie się pod uwagę równoważną pojemność wejściową pinów składowych, lepszym wyborem będzie obwód oscylacyjny oscylatora kwarcowego składający się z dwóch kondensatorów skórnych o pojemności 22 sztuk.