Принципът на работа на цисталния осцилатор

Резюме на кристален осцилатор

Кристален осцилатор се отнася до пластина, изрязана от кварцов кристал според определен азимутален ъгъл, кварцов кристален резонатор, наричан кварцов кристал или кристален осцилатор;Кристалният елемент с IC, добавен вътре в пакета, се нарича кристален осцилатор.Неговите продукти обикновено са опаковани в метални кутии, но също и в стъклени кутии, керамика или пластмаса.

Принцип на работа на кристалния осцилатор

Кварцовият кристален осцилатор е резонансно устройство, направено от пиезоелектричен ефект на кварцов кристал.Неговият основен състав е приблизително следният: от кварцов кристал според определен азимутален срез, покрит със сребърен слой върху двете му съответстващи повърхности като електроди, заварен оловен проводник на всеки електрод е свързан към щифта, съчетан с корпуса на пакета, съставен кварцов кристален резонатор, наричан кварцов кристал или кристал, кристална вибрация.Неговите продукти обикновено са опаковани в метални кутии, но също и в стъклени кутии, керамика или пластмаса.

Ако се приложи електрическо поле към двата електрода на кварцов кристал, чипът се деформира механично.Обратно, ако се приложи механичен натиск от двете страни на чипа, ще се генерира електрическо поле в съответната посока на чипа.Това физическо явление се нарича пиезоелектричен ефект.Ако се прилагат променливи напрежения към двата полюса на чипа, чипът ще генерира механични вибрации, които от своя страна ще генерират променливи електрически полета.

Като цяло амплитудата на механичните вибрации на чипа и амплитудата на променливото електрическо поле е много малка, но когато честотата на приложеното променливо напрежение е специфична стойност, амплитудата се увеличава значително, много по-голямо от това на другите честоти , това явление се нарича пиезоелектричен резонанс, който е много подобен на резонанса на LC веригата.Неговата резонансна честота е свързана с режима на рязане, геометрията и размера на чипа.

Когато кристалът не вибрира, той може да се разглежда като плосък кондензатор, наречен електростатичен капацитет C, и размерът му е свързан с геометричния размер на чипа и площта на електрода, обикновено около няколко скин метода до десетки скин метод .Когато кристалът осцилира, инерцията на механичната вибрация е еквивалентна на индуктивността L. Обикновено стойностите на L варират от десетки до стотици градуси.Еластичността на чипа може да бъде еквивалентна на капацитет C, който е много малък, обикновено само 0,0002 ~ 0,1 пикограма.Загубата, причинена от триене по време на вибрация на пластина, е еквивалентна на R, който има стойност от около 100 ома.Тъй като еквивалентната индуктивност на чипа е много голяма, а C е много малък, R също е малък, така че качественият фактор Q на веригата е много голям, до 1000 ~ 10000. В допълнение, резонансната честота на самия чип основно е свързано само с режима на рязане, геометрията и размера на чипа и може да се направи прецизно, така че осцилаторната верига, съставена от кварцови резонатори, може да получи висока честотна стабилност.

Компютрите имат верига за синхронизация и въпреки че терминът „часовник“ обикновено се използва за обозначаване на тези устройства, те всъщност не са часовници в обичайния смисъл.Може би е по-добре да ги наречем таймери.Компютърният таймер обикновено е прецизно обработен кварцов кристал, който осцилира в границите на напрежението си с честота, която зависи от това как самият кристал е изрязан и на какво напрежение е подложен.Има два регистъра, свързани с всеки кварцов кристал, брояч и регистър за задържане.Всяко трептене на кварцовия кристал намалява брояча с единица.Когато броячът намалее до 0, се генерира прекъсване и броячът презарежда първоначалната стойност от регистъра за задържане.Този подход дава възможност да се програмира таймер за генериране на 60 прекъсвания в секунда (или при друга желана честота).Всяко прекъсване се нарича такт на часовника.

От гледна точка на електричеството, кристалният осцилатор може да бъде еквивалентен на двутерминална мрежа от кондензатор и резистор в паралел и кондензатор в серия.В електротехниката тази мрежа има две резонансни точки, които са разделени на високи и ниски честоти.По-ниската честота е сериен резонанс, а по-високата честота е паралелен резонанс.Поради характеристиките на самия кристал разстоянието между двете честоти е доста близко.В този много тесен честотен диапазон кристалният осцилатор е еквивалентен на индуктор, така че докато двата края на кристалния осцилатор са свързани успоредно с подходящи кондензатори, той ще образува паралелна резонансна верига.Тази паралелна резонансна верига може да се добави към верига с отрицателна обратна връзка, за да се образува синусоидална осцилационна верига.Тъй като честотният диапазон на кристалния осцилатор, еквивалентен на индуктивност, е много тесен, честотата на този осцилатор няма да се промени много, дори ако параметрите на други компоненти варират значително.

Кристалният осцилатор има важен параметър, който е стойността на капацитета на натоварване, изберете паралелния капацитет, равен на стойността на капацитета на натоварване, можете да получите номиналната резонансна честота на кристалния осцилатор.Общата вибрационна кристална осцилационна верига е в противоположните краища на инвертиращ усилвател, свързан към кристалите, има два капацитета, получаващи краищата на кристалите, съответно всеки капацитет от другата страна на приемането, капацитетът на двата кондензатора в последователна стойност трябва да бъде равен към капацитета на натоварване, моля, обърнете внимание, че общите щифтове на IC имат еквивалентен входен капацитет, това не може да бъде пренебрегнато.Обикновено товарният капацитет на кристалния осцилатор е 15 или 12,5 скин.Ако се вземе предвид еквивалентният входен капацитет на щифтовете на компонента, осцилаторната верига на кристален осцилатор, съставен от два 22 кондензатора, е по-добър избор.