Kristal Osilatörün Çalışma Prensibi

Kristal osilatörün özeti

Kristal osilatör, belirli bir azimut açısına göre bir kuvars kristalinden kesilmiş gofret anlamına gelir; kuvars kristali rezonatörü, kuvars kristali veya kristal osilatör olarak adlandırılır;Paketin içine IC eklenmiş kristal elemente kristal osilatör adı verilir.Ürünleri genellikle metal kutularda paketlendiği gibi cam kutu, seramik veya plastik kutularda da paketlenmektedir.

Kristal osilatörün çalışma prensibi

Kuvars kristal osilatörü, kuvars kristalinin piezoelektrik etkisinden yapılmış bir rezonans cihazıdır.Temel bileşimi kabaca şu şekildedir: Belirli bir azimut dilimine göre bir kuvars kristalinden, karşılık gelen iki yüzeyi elektrot olarak gümüş tabaka ile kaplanmış, her elektrotun üzerine bir kurşun tel kaynaklanmış, pime bağlanmış, oluşturulan paket kabuk ile birleştirilmiştir. kuvars kristali veya kristal, kristal titreşimi olarak adlandırılan bir kuvars kristali rezonatörü.Ürünleri genellikle metal kutularda paketlendiği gibi cam kutu, seramik veya plastik kutularda da paketlenmektedir.

Bir kuvars kristalinin iki elektroduna bir elektrik alanı uygulanırsa çip mekanik olarak deforme olur.Tersine, eğer çipin her iki tarafına da mekanik basınç uygulanırsa, çipin karşılık gelen yönünde bir elektrik alanı oluşturulacaktır.Bu fiziksel olaya piezoelektrik etki denir.Çipin iki kutbuna alternatif voltaj uygulandığında çip mekanik titreşimler oluşturacak ve bu titreşimler de alternatif elektrik alanları oluşturacaktır.

Genel olarak, çipin mekanik titreşiminin genliği ve alternatif elektrik alanının genliği çok küçüktür, ancak uygulanan alternatif voltajın frekansı belirli bir değer olduğunda, genlik, diğer frekanslardan çok daha büyük ölçüde önemli ölçüde artar. LC devresinin rezonansına çok benzeyen bu fenomene piezoelektrik rezonans denir.Rezonans frekansı kesme moduna, geometriye ve talaşın boyutuna bağlıdır.

Kristal titreşmediğinde, elektrostatik kapasitans C olarak adlandırılan düz bir kapasitör olarak kabul edilebilir ve boyutu, çipin geometrik boyutuna ve elektrot alanına bağlıdır, genellikle birkaç cilt yönteminden düzinelerce cilt yöntemine kadar değişir. .Kristal salındığında, mekanik titreşimin eylemsizliği endüktans L'ye eşdeğerdir. Genellikle L değerleri onlarca ila yüzlerce derece arasında değişir.Çipin esnekliği, çok küçük olan, genellikle sadece 0,0002 ~ 0,1 pikogram olan C kapasitansına eşdeğer olabilir.Plakanın titreşimi sırasında sürtünmeden kaynaklanan kayıp, yaklaşık 100 ohm değerine sahip olan R'ye eşdeğerdir.Çipin eşdeğer endüktansı çok büyük olduğundan ve C çok küçük olduğundan, R de küçüktür, bu nedenle devrenin kalite faktörü Q çok büyüktür, 1000 ~ 10000'e kadar. Ek olarak çipin kendisinin rezonans frekansı temel olarak sadece çipin kesme modu, geometrisi ve boyutu ile ilgilidir ve hassas bir şekilde yapılabilir, böylece kuvars rezonatörlerden oluşan osilatör devresi yüksek frekans kararlılığı elde edebilir.

Bilgisayarların bir zamanlama devresi vardır ve her ne kadar “saat” terimi genellikle bu aygıtları tanımlamak için kullanılsa da aslında bunlar alışılmış anlamda saat değildir.Bunlara zamanlayıcılar denmesi daha iyi olabilir.Bir bilgisayarın zamanlayıcısı genellikle, kristalin kendisinin nasıl kesildiğine ve ne kadar gerilime maruz kaldığına bağlı olan bir frekansta gerilim sınırları dahilinde salınan, hassas şekilde işlenmiş bir kuvars kristalidir.Her kuvars kristaliyle ilişkili iki kayıt vardır; bir sayaç ve bir tutma kaydı.Kuvars kristalinin her salınımı sayacı bir azaltır.Sayaç 0'a düştüğünde bir kesme oluşturulur ve sayaç, başlangıç ​​değerini tutma kaydından yeniden yükler.Bu yaklaşım, bir zamanlayıcının saniyede 60 kesinti (veya istenilen herhangi bir frekansta) oluşturacak şekilde programlanmasını mümkün kılar.Her kesintiye saat tik takları denir.

Elektriksel açıdan kristal osilatör, paralel bağlı bir kapasitör ve bir direnç ile seri bağlı bir kapasitörden oluşan iki terminalli bir ağa eşdeğer olabilir.Elektrik mühendisliğinde bu ağ, yüksek ve düşük frekanslara bölünmüş iki rezonans noktasına sahiptir.Düşük frekans seri rezonans, yüksek frekans ise paralel rezonanstır.Kristalin kendi özelliklerinden dolayı iki frekans arasındaki mesafe oldukça yakındır.Bu çok dar frekans aralığında kristal osilatör bir indüktöre eşdeğerdir, dolayısıyla kristal osilatörün iki ucu uygun kapasitörlerle paralel bağlandığı sürece paralel bir rezonans devresi oluşturacaktır.Bu paralel rezonans devresi, sinüzoidal bir salınım devresi oluşturmak için negatif geri besleme devresine eklenebilir.Endüktansa eşdeğer kristal osilatörün frekans aralığı çok dar olduğundan, diğer bileşenlerin parametreleri büyük ölçüde değişse bile bu osilatörün frekansı çok fazla değişmeyecektir.

Kristal osilatörün önemli bir parametresi vardır, yani yük kapasitans değeri, yük kapasitans değerine eşit paralel kapasitansı seçer, kristal osilatörün nominal rezonans frekansını alabilir.Genel titreşim kristal salınım devresi kristallere bağlı bir tersleyici amplifikatörün zıt uçlarındadır, kristallerin uçlarını alan iki kapasitans vardır, sırasıyla her bir kapasitans diğer tarafta alıcı alır, seri olarak iki kapasitör kapasitesi eşit olmalıdır Yük kapasitansı için lütfen genel IC pinlerinin eşdeğer giriş kapasitansına sahip olduğuna dikkat edin, bu göz ardı edilemez.Genellikle kristal osilatörün yük kapasitesi 15 veya 12,5 deridir.Bileşen pinlerinin eşdeğer giriş kapasitansı dikkate alınırsa, iki adet 22 cilt kapasitörden oluşan kristal osilatörün salınım devresi daha iyi bir seçimdir.