Tsüstaalostsillaatori tööpõhimõte

Kristallostsillaatori kokkuvõte

Kristallostsillaator viitab kvartskristallist teatud asimuutnurga järgi lõigatud vahvlile, kvartskristallide resonaatorile, mida nimetatakse kvartskristalliks või kristallostsillaatoriks;Kristallelementi, mille pakendisse on lisatud IC, nimetatakse kristallostsillaatoriks.Selle tooted on tavaliselt pakendatud metallkarpidesse, aga ka klaaskarpidesse, keraamikasse või plasti.

Kristallostsillaatori tööpõhimõte

Kvartskristallostsillaator on resonantsseade, mis on valmistatud kvartskristalli piesoelektrilisest efektist.Selle põhikoostis on laias laastus järgmine: kvartskristallist vastavalt teatud asimuutviilule, mis on kaetud hõbedakihiga selle kahel vastaval pinnal elektroodidena, keevitatud on mõlemal elektroodil olev juhttraat, mis on ühendatud tihvtiga, mis on ühendatud pakendi kestaga. kvartskristallide resonaator, mida nimetatakse kvartskristalliks või kristallide vibratsiooniks.Selle tooted on tavaliselt pakendatud metallkarpidesse, aga ka klaaskarpidesse, keraamikasse või plasti.

Kui kvartskristalli kahele elektroodile rakendatakse elektrivälja, deformeerub kiip mehaaniliselt.Ja vastupidi, kui kiibi mõlemale poolele avaldatakse mehaaniline surve, tekib elektriväli kiibi vastavas suunas.Seda füüsikalist nähtust nimetatakse piesoelektriliseks efektiks.Kui kiibi kahele poolusele rakendatakse vahelduvpingeid, tekitab kiip mehaanilisi vibratsioone, mis omakorda tekitavad vahelduvaid elektrivälju.

Üldiselt on kiibi mehaanilise vibratsiooni amplituud ja vahelduva elektrivälja amplituud väga väike, kuid kui rakendatava vahelduvpinge sagedus on konkreetne väärtus, suureneb amplituud oluliselt, palju suurem kui teistel sagedustel. , seda nähtust nimetatakse piesoelektriliseks resonantsiks, mis on väga sarnane LC-ahela resonantsiga.Selle resonantssagedus on seotud lõikerežiimi, geomeetria ja kiibi suurusega.

Kui kristall ei vibreeri, võib seda pidada tasaseks kondensaatoriks, mida nimetatakse elektrostaatiliseks mahtuvuseks C, ja selle suurus on seotud kiibi geomeetrilise suuruse ja elektroodi pindalaga, üldiselt umbes mõnest nahameetodist kuni kümnete nahameetoditeni. .Kui kristall võngub, on mehaanilise vibratsiooni inerts võrdne induktiivsusega L. Üldiselt jäävad L väärtused kümnetest kuni sadade kraadideni.Kiibi elastsus võib olla võrdne mahtuvusega C, mis on väga väike, tavaliselt vaid 0,0002 ~ 0,1 pikogrammi.Hõõrdumisest põhjustatud kadu vahvli vibratsiooni ajal on võrdne R-ga, mille väärtus on umbes 100 oomi.Kuna kiibi ekvivalentne induktiivsus on väga suur ja C on väga väike, on ka R väike, seega on ahela kvaliteeditegur Q väga suur, kuni 1000 ~ 10000. Lisaks on kiibi enda resonantssagedus on põhimõtteliselt seotud ainult kiibi lõikerežiimi, geomeetria ja suurusega ning seda saab teha täpselt, nii et kvartsresonaatoritest koosnev ostsillaatoriahel võib saavutada kõrgsagedusliku stabiilsuse.

Arvutitel on ajastusahel ja kuigi terminit "kell" kasutatakse tavaliselt nende seadmete tähistamiseks, ei ole need tegelikult kellad tavapärases tähenduses.Neid võiks parem kutsuda taimeriteks.Arvuti taimer on tavaliselt täpselt töödeldud kvartskristall, mis võngub oma pingepiirides sagedusega, mis sõltub sellest, kuidas kristalli ennast lõigatakse ja kui suurele pingele see allub.Iga kvartskristalliga on seotud kaks registrit, loendur ja hoidmisregister.Iga kvartskristalli võnkumine vähendab loendurit ühe võrra.Kui loendur väheneb 0-ni, genereeritakse katkestus ja loendur laadib uuesti algväärtuse hoidmisregistrist.See lähenemine võimaldab programmeerida taimerit genereerima 60 katkestust sekundis (või mis tahes muul soovitud sagedusel).Iga katkestust nimetatakse kella tiksumiseks.

Elektrilises mõttes võib kristallostsillaator olla samaväärne kahe klemmi võrguga, mis koosneb kondensaatorist ja takistist paralleelselt ning kondensaatorist järjestikku.Elektrotehnikas on sellel võrgul kaks resonantspunkti, mis jagunevad kõrgeteks ja madalateks sagedusteks.Madalam sagedus on jadaresonants ja kõrgem paralleelresonants.Kristalli enda omaduste tõttu on kahe sageduse vaheline kaugus üsna lähedal.Selles väga kitsas sagedusvahemikus on kristallostsillaator samaväärne induktiivpooliga, nii et seni, kuni kristallostsillaatori kaks otsa on paralleelselt ühendatud sobivate kondensaatoritega, moodustab see paralleelse resonantsahela.Selle paralleelse resonantsahela saab lisada negatiivse tagasiside ahelale, et moodustada sinusoidne võnkeahel.Kuna induktiivsusega ekvivalentse kristallostsillaatori sagedusvahemik on väga kitsas, ei muutu selle ostsillaatori sagedus kuigi palju isegi siis, kui teiste komponentide parameetrid on väga erinevad.

Kristallostsillaatoril on oluline parameeter, see on koormusmahtuvuse väärtus, vali paralleelmahtuvus, mis on võrdne koormusmahtuvuse väärtusega, võib saada kristallostsillaatori nominaalse resonantssageduse.Üldvibratsiooni kristallide võnkeahel on kristallidega ühendatud inverteeriva võimendi vastasotstes, millel on kaks mahtuvust, mis võtab vastu kristallide otsad, vastavalt kumbki mahtuvus teisel pool vastuvõttu, kahe järjestikuse kondensaatori võimsus peaks olema võrdne Koormusmahtuvuse osas pöörake tähelepanu sellele, et üldistel IC-tihvtidel on samaväärne sisendmahtuvus, seda ei saa ignoreerida.Üldiselt on kristallostsillaatori koormusmahtuvus 15 või 12,5 nahka.Kui arvestada komponentide tihvtide samaväärset sisendmahtuvust, on kahest 22 nahakondensaatorist koosnev kristallostsillaatori võnkeahel parem valik.