Cistālā oscilatora darbības princips

Kristāla oscilatora kopsavilkums

Kristāla oscilators attiecas uz plāksni, kas izgriezta no kvarca kristāla saskaņā ar noteiktu azimuta leņķi, kvarca kristāla rezonatoru, ko dēvē par kvarca kristālu vai kristāla oscilatoru;Kristāla elementu ar IC, kas pievienots iepakojuma iekšpusē, sauc par kristāla oscilatoru.Tās produkti parasti tiek iepakoti metāla korpusos, bet arī stikla vitrīnās, keramikā vai plastmasā.

Kristāla oscilatora darbības princips

Kvarca kristāla oscilators ir rezonanses ierīce, kas izgatavota no kvarca kristāla pjezoelektriskā efekta.Tā pamatsastāvs ir aptuveni šāds: No kvarca kristāla saskaņā ar noteiktu azimuta šķēli, kas pārklāts ar sudraba slāni uz tā divām atbilstošajām virsmām kā elektrodiem, metināts svina vads uz katra elektroda ir savienots ar tapu, kas savienots ar iepakojuma apvalku. kvarca kristāla rezonators, ko dēvē par kvarca kristālu vai kristālu, kristāla vibrāciju.Tās produkti parasti tiek iepakoti metāla korpusos, bet arī stikla vitrīnās, keramikā vai plastmasā.

Ja uz diviem kvarca kristāla elektrodiem iedarbojas elektriskais lauks, mikroshēma mehāniski deformējas.Un otrādi, ja abās mikroshēmas pusēs tiek pielikts mehānisks spiediens, elektriskais lauks tiks ģenerēts attiecīgajā mikroshēmas virzienā.Šo fizisko parādību sauc par pjezoelektrisko efektu.Ja uz diviem mikroshēmas poliem tiek pievadīts mainīgs spriegums, mikroshēma radīs mehāniskas vibrācijas, kas savukārt radīs mainīgus elektriskos laukus.

Kopumā mikroshēmas mehāniskās vibrācijas amplitūda un mainīgā elektriskā lauka amplitūda ir ļoti maza, bet, ja pielietotā maiņstrāvas sprieguma frekvence ir noteikta vērtība, amplitūda ievērojami palielinās, daudz lielāka nekā citām frekvencēm. , šo parādību sauc par pjezoelektrisko rezonansi, kas ir ļoti līdzīga LC ķēdes rezonansei.Tās rezonanses frekvence ir saistīta ar griešanas režīmu, ģeometriju un mikroshēmas izmēru.

Ja kristāls nevibrē, to var uzskatīt par plakanu kondensatoru, ko sauc par elektrostatisko kapacitāti C, un tā izmērs ir saistīts ar mikroshēmas ģeometrisko izmēru un elektroda laukumu, parasti no dažām ādas metodēm līdz desmitiem ādas metodes. .Kad kristāls svārstās, mehāniskās vibrācijas inerce ir līdzvērtīga induktivitātei L. Parasti L vērtības svārstās no desmitiem līdz simtiem grādu.Mikroshēmas elastība var būt līdzvērtīga kapacitātei C, kas ir ļoti maza, parasti tikai 0,0002 ~ 0,1 pikograms.Zudumi, ko rada berze vafeļu vibrācijas laikā, ir līdzvērtīgi R, kura vērtība ir aptuveni 100 omi.Tā kā mikroshēmas ekvivalentā induktivitāte ir ļoti liela un C ir ļoti maza, arī R ir mazs, tāpēc ķēdes kvalitātes koeficients Q ir ļoti liels, līdz 1000 ~ 10 000. Turklāt pašas mikroshēmas rezonanses frekvence būtībā ir saistīts tikai ar griešanas režīmu, ģeometriju un mikroshēmas izmēru, un to var izdarīt precīzi, tāpēc oscilatora ķēde, kas sastāv no kvarca rezonatoriem, var iegūt augstas frekvences stabilitāti.

Datoriem ir laika noteikšanas shēma, un, lai gan termins “pulkstenis” parasti tiek lietots, lai apzīmētu šīs ierīces, patiesībā tie nav pulksteņi parastajā nozīmē.Tos varētu labāk saukt par taimeriem.Datora taimeris parasti ir precīzi apstrādāts kvarca kristāls, kas svārstās tā sprieguma robežās ar frekvenci, kas ir atkarīga no tā, kā pats kristāls tiek sagriezts un cik lielai spriedzei tas ir pakļauts.Ar katru kvarca kristālu ir saistīti divi reģistri, skaitītājs un turēšanas reģistrs.Katra kvarca kristāla svārstība samazina skaitītāju par vienu.Kad skaitītājs samazinās līdz 0, tiek ģenerēts pārtraukums un skaitītājs atkārtoti ielādē sākotnējo vērtību no aizturēšanas reģistra.Šī pieeja ļauj ieprogrammēt taimeri, lai ģenerētu 60 pārtraukumus sekundē (vai jebkurā citā vēlamajā frekvencē).Katru pārtraukumu sauc par pulksteņa atzīmēšanu.

Elektriskā izteiksmē kristāla oscilators var būt līdzvērtīgs divu terminālu tīklam, kurā ir kondensators un rezistors paralēli un kondensators virknē.Elektrotehnikā šim tīklam ir divi rezonanses punkti, kas ir sadalīti augstajās un zemajās frekvencēs.Zemākā frekvence ir virknes rezonanse, un augstākā frekvence ir paralēlā rezonanse.Pateicoties paša kristāla īpašībām, attālums starp abām frekvencēm ir diezgan tuvs.Šajā ļoti šaurajā frekvenču diapazonā kristāla oscilators ir līdzvērtīgs induktors, tāpēc, kamēr kristāla oscilatora abi gali ir savienoti paralēli ar atbilstošiem kondensatoriem, tas veidos paralēlu rezonanses ķēdi.Šo paralēlo rezonanses ķēdi var pievienot negatīvas atgriezeniskās saites ķēdei, lai izveidotu sinusoidālu svārstību ķēdi.Tā kā kristāla oscilatora frekvenču diapazons, kas līdzvērtīgs induktivitātei, ir ļoti šaurs, šī oscilatora frekvence īpaši nemainīsies pat tad, ja citu komponentu parametri ievērojami atšķiras.

Kristāla oscilatoram ir svarīgs parametrs, tas ir, slodzes kapacitātes vērtība, izvēlieties paralēlo kapacitāti, kas vienāda ar slodzes kapacitātes vērtību, var iegūt kristāla oscilatora nominālo rezonanses frekvenci.Vispārējās vibrācijas kristāla svārstību ķēde atrodas pretējos galos invertējošajam pastiprinātājam, kas savienots ar kristāliem, ir divas kapacitātes saņem kristālu galus, attiecīgi katra kapacitāte atrodas uztveršanas otrā pusē, divu kondensatoru kapacitātei jābūt vienādai. slodzes kapacitātei, lūdzu, pievērsiet uzmanību tam, ka vispārīgajām IC tapām ir līdzvērtīga ieejas kapacitāte, to nevar ignorēt.Parasti kristāla oscilatora slodzes kapacitāte ir 15 vai 12,5 ādas.Ja tiek ņemta vērā komponentu tapu līdzvērtīgā ieejas kapacitāte, labāka izvēle ir kristāla oscilatora svārstību ķēde, kas sastāv no diviem 22 apvalka kondensatoriem.