Krug i rad kristalnog oscilatora

Krug i rad kristalnog oscilatora

Kristalni oscilator je elektronički oscilatorni krug koji se koristi za mehaničku rezonanciju titrajućeg kristala piezoelektričnog materijala. Stvorit će električni signal s danom frekvencijom. Ova se frekvencija obično koristi za praćenje vremena, na primjer ručni satovi koriste se u digitalnim integriranim krugovima kako bi se osigurao stabilan satni signal, a također se koriste za stabilizaciju frekvencija za radio odašiljače i prijamnike. Kristal kvarca uglavnom se koristi u radio-frekvencijskim (RF) oscilatorima. Kvarcni kristal je najčešća vrsta piezoelektrični rezonator , u krugovima oscilatora, mi ih koristimo pa su postali poznati kao kristalni oscilatori. Kristalni oscilatori moraju biti projektirani tako da pružaju nosivost.



Postoje različite vrste oscilatora elektronički sklopovi koji se koriste, a to su: Linearni oscilatori - Hartleyjev oscilator, oscilator s faznim pomakom, Armstrongov oscilator, Clapp oscilator, Oscilator Colpittsa . Relaksacijski oscilatori - Royer oscilator, prsten oscilator, multivibrator i Oscilator kontroliran naponom (VCO). Uskoro ćemo detaljno razgovarati o kristalnim oscilatorima poput rada i primjena kristalnog oscilatora.


Što je kvarcni kristal?

Kristal kvarca pokazuje vrlo važno svojstvo poznato kao piezoelektrični efekt. Kada se na površine kristala primijeni mehanički pritisak, na kristalu se pojavi napon proporcionalan mehaničkom tlaku. Taj napon uzrokuje izobličenja u kristalu. Izobličena količina bit će proporcionalna primijenjenom naponu, a također i naizmjeničnom naponu primijenjenom na kristal koji uzrokuje titranje na svojoj prirodnoj frekvenciji.





Kristalni kvarcni krug

Kristalni kvarcni krug

Donja slika predstavlja elektronički simbol piezoelektričnog kristalnog rezonatora, a također i kvarcni kristal u elektroničkom oscilatoru koji se sastoji od otpornika, prigušnice i kondenzatora.



Kružni dijagram kristalnog oscilatora

Gornja slika je novi kvarcni kristalni oscilator od 16 megapiksela i jedna je vrsta kristalnih oscilatora koji rade na frekvenciji od 16 MHz.

Kristalni oscilator

Kristalni oscilator

Općenito, bipolarni tranzistori ili se FET koriste u izradi krugova kristalnih oscilatora. Ovo je zbog operacijsko pojačalo s se mogu koristiti u različitim niskofrekventnim krugovima oscilatora koji su niži od 100KHz, ali u pogonu pojačala nemaju propusnost za rad. Bit će problem na višim frekvencijama koje se podudaraju s kristalima iznad 1MHz.


Da bi se taj problem prevladao, osmišljen je kristalni oscilator Colpitts. Radit će na višim frekvencijama. U ovom Oscilatoru, LC krug spremnika koji osigurava povratne oscilacije zamijenjen je kvarcnim kristalom.

Kružni dijagram kristalnog oscilatora

Kružni dijagram kristalnog oscilatora

Kristalni oscilator radi

Krug kristalnog oscilatora obično radi na principu inverznog piezoelektričnog efekta. Primijenjeno električno polje proizvest će mehaničku deformaciju na nekim materijalima. Dakle, koristi mehaničku rezonanciju vibrirajućeg kristala koja je izrađena od piezoelektričnog materijala za generiranje električnog signala određene frekvencije.

Oscilatori kristalnog kvarca obično su vrlo stabilni, sastoje se od faktora dobre kvalitete (Q), male su veličine i ekonomski su povezani. Stoga su krugovi oscilatora kristalnog kvarca superiorniji u usporedbi s drugim rezonatorima poput LC sklopova, ugaonim vilicama. Općenito u Mikroprocesori i mikro kontroleri koristimo oscilator kristala od 8 MHz.

Ekvivalent strujni krug opisuje i kristalno djelovanje kristala. Samo pogledajte ekvivalentni električni krug prikazan gore. Osnovne komponente korištene u krugu, induktivitet L predstavlja kristalnu masu, kapacitet C2 predstavlja usklađenost, a C1 služi za predstavljanje kapacitet koji nastaje zbog mehaničkog oblikovanja kristala, otpornost R predstavlja trenje unutarnje strukture kristala, Shema kruga oscilatora kvarcnog kristala sastoji se od dvije rezonancije poput serijske i paralelne rezonancije, tj. Dvije rezonantne frekvencije.

Kristalni oscilator radi

Kristalni oscilator radi

Serijska rezonancija nastaje kad je reaktancija proizvedena kapacitetom C1 jednaka i suprotna reaktanciji induciranom L. Fr i fp predstavljaju redne i paralelne rezonantne frekvencije, a vrijednosti 'fr' i 'fp' mogu se odrediti pomoću sljedeće jednadžbe prikazane na donjoj slici.

Gornji dijagram opisuje ekvivalentni krug, grafikon za rezonantnu frekvenciju, formule za rezonantne frekvencije.

Upotreba kristalnog oscilatora

Općenito znamo da se u dizajnu mikroprocesora i mikrokontrolera koriste kristalni oscilatori radi davanja takta. Na primjer, razmotrimo 8051 mikrokontroleri , u ovom određenom kontroleru, vanjski kristalni oscilator će raditi s 12MHz što je neophodno, iako je ovaj mikrokontroler 8051 (zasnovan na modelu) sposoban raditi na 40 MHz (max) u većini slučajeva mora osigurati 12MHz jer za strojni ciklus 8051 zahtijeva 12 ciklusa takta, tako da se postiže efektivna brzina ciklusa na 1MHz (uzimajući taktove od 12MHz) do 3,33MHz (uzimajući maksimalni takt od 40MHz). Ovaj posebni kristalni oscilator koji ima brzinu ciklusa od 1 MHz do 3,33 MHz koristi se za generiranje taktova koji su potrebni za sinkronizaciju svih unutarnjih operacija.

Primjena kristalnog oscilatora

Postoje razne aplikacije za kristalni oscilator u raznim poljima, a neke od primjena kristalnih oscilatora dane su u nastavku

Aplikacija Kristalni oscilator Colpitts

Colpittsov oscilator koristi se za stvaranje sinusnog izlaznog signala na vrlo visokim frekvencijama. Ovaj oscilator može se koristiti kao različite vrste senzora kao što su senzori temperature Zbog SAW uređaja koji koristimo u krugu Colpitts, on osjeti izravno s njegove površine.

Kristalni oscilator Colpitts

Kristalni oscilator Colpitts

Primjena Colpittsovih oscilatora uglavnom uključuje gdje se koristi širok raspon frekvencija. Također se koristi u prigušenim i kontinuiranim oscilacijskim uvjetima. Korištenjem nekih uređaja u krugu Colpittsa možemo postići veću temperaturnu stabilnost i visoke frekvencije.

Colpitts korišteni za razvoj pokretnih komunikacija i radio komunikacija.

Primjene Armstrong kristalnog oscilatora

Ovaj je krug bio popularan do 1940-ih. Oni se široko koriste u regenerativnim radio prijemnicima. U tom se ulazu radiofrekvencijski signal iz antene magnetskim putem spaja u krug spremnika kroz dodatni namot, a povratna sprega se smanjuje kako bi se dobila kontrola u povratnoj petlji. Napokon, proizvodi uskopojasni radiofrekvencijski filtar i pojačalo. U ovom kristalnom oscilatoru LC rezonantni krug zamjenjuje se povratnim petljama.

Armstrong kristalni oscilator

Armstrong kristalni oscilator

U vojnoj i zrakoplovnoj industriji

Za učinkovit komunikacijski sustav, kristalni oscilatori koriste se u vojsci i zrakoplovstvu. The komunikacijski sustav je uspostaviti i za potrebe navigacije i elektroničkog ratovanja u sustavima navođenja

U istraživanju i mjerenju

Kristalni oscilatori koriste se u istraživanjima i mjerenjima za nebesku navigaciju i praćenje svemira, u medicinskim uređajima i u mjernim instrumentima.

Industrijske primjene kristalnog oscilatora

Postoje mnoge industrijske primjene kristalnog oscilatora. Široko se koriste u računalima, instrumentima, digitalnim sustavima, u fazno zaključanim sustavima petlje, modemima, brodovima, telekomunikacijama, u senzorima i također u diskovnim pogonima.

Crystal Oscillator se također koristi u upravljanju motorom, satu i putnom računalu, stereo opremi i u GPS sustavima. Ovo je automobilska aplikacija.

Kristalni oscilatori koriste se u mnogim proizvodima široke potrošnje. Na primjer, sustavi kabelske televizije, video kamere, osobna računala, igračke i video igre, mobiteli, radio sustavi. Ovo je potrošačka primjena kristalnog oscilatora.

Ovdje se radi o tome što je a Kristalni oscilator , radi i Aplikacije. Vjerujemo da su vam podaci dati u ovom članku korisni za bolje razumijevanje ovog koncepta. Nadalje, bilo kakva pitanja u vezi s ovim člankom ili bilo kakva pomoć u provedbi električni i elektronički projekti , možete nam se obratiti komentirajući u odjeljku za komentare u nastavku. Evo pitanja za vas: Koja je glavna funkcija kristalnog oscilatora?

Foto bodovi: