Princip činnosti cystálního oscilátoru

Shrnutí krystalového oscilátoru

Krystalový oscilátor označuje plátek vyřezaný z křemenného krystalu podle určitého úhlu azimutu, křemenný krystalový rezonátor, označovaný jako křemenný krystal nebo krystalový oscilátor;Krystalový prvek s integrovaným obvodem přidaným uvnitř pouzdra se nazývá krystalový oscilátor.Její produkty jsou zpravidla baleny do kovových obalů, ale také do skleněných obalů, keramiky nebo plastu.

Princip činnosti krystalového oscilátoru

Křemenný krystalový oscilátor je rezonanční zařízení vyrobené z piezoelektrického jevu křemenného krystalu.Jeho základní složení je zhruba následující: Z křemenného krystalu podle určitého azimutového řezu, potaženého vrstvou stříbra na jeho dvou odpovídajících plochách jako elektrody, navařený olověný drát na každé elektrodě je připojen ke kolíku, spojený s obalem tvořeným křemenný krystalový rezonátor, označovaný jako křemenný krystal nebo krystal, vibrace krystalu.Její produkty jsou zpravidla baleny do kovových obalů, ale také do skleněných obalů, keramiky nebo plastu.

Pokud na dvě elektrody křemenného krystalu působí elektrické pole, čip se mechanicky deformuje.Naopak, pokud na obě strany čipu působí mechanický tlak, vytvoří se elektrické pole v odpovídajícím směru čipu.Tento fyzikální jev se nazývá piezoelektrický jev.Pokud se na dva póly čipu přivede střídavé napětí, čip bude generovat mechanické vibrace, které zase generují střídavé elektrické pole.

Obecně je amplituda mechanických vibrací čipu a amplituda střídavého elektrického pole velmi malá, ale když je frekvence aplikovaného střídavého napětí specifická hodnota, amplituda se výrazně zvyšuje, mnohem větší než u jiných frekvencí. , tento jev se nazývá piezoelektrická rezonance, která je velmi podobná rezonanci LC obvodu.Jeho rezonanční frekvence souvisí s režimem řezání, geometrií a velikostí třísky.

Když krystal nevibruje, lze jej považovat za plochý kondenzátor nazývaný elektrostatická kapacita C a jeho velikost souvisí s geometrickou velikostí čipu a plochou elektrody, obecně jde o několik kožních metod až po desítky kožních metod. .Když krystal kmitá, setrvačnost mechanické vibrace je ekvivalentní indukčnosti L. Obecně se hodnoty L pohybují v desítkách až stovkách stupňů.Elasticita čipu může být ekvivalentní kapacitě C, která je velmi malá, obvykle pouze 0,0002 ~ 0,1 pikogramu.Ztráta způsobená třením při vibraci plátku je ekvivalentní R, která má hodnotu asi 100 ohmů.Protože ekvivalentní indukčnost čipu je velmi velká a C je velmi malý, R je také malý, takže faktor kvality Q obvodu je velmi velký, až 1000 ~ 10000. Navíc rezonanční frekvence samotného čipu v podstatě souvisí pouze s režimem řezání, geometrií a velikostí čipu a lze jej provést přesně, takže obvod oscilátoru složený z křemenných rezonátorů může získat vysokou frekvenční stabilitu.

Počítače mají časovací obvod, a přestože se pro tato zařízení běžně používá termín „hodiny“, ve skutečnosti to nejsou hodiny v obvyklém smyslu.Možná by se jim lépe říkalo časovače.Časovač počítače je obvykle přesně opracovaný křemenný krystal, který kmitá v mezích svého napětí na frekvenci, která závisí na tom, jak je krystal samotný řezán a jakému napětí je vystaven.Ke každému krystalu křemene jsou přidruženy dva registry, čítač a registr.Každá oscilace křemenného krystalu sníží čítač o jednu.Když čítač klesne na 0, vygeneruje se přerušení a čítač znovu načte počáteční hodnotu z registru hold.Tento přístup umožňuje naprogramovat časovač tak, aby generoval 60 přerušení za sekundu (nebo na jakékoli jiné požadované frekvenci).Každé přerušení se nazývá tikání hodin.

Z elektrického hlediska může být krystalový oscilátor ekvivalentní dvoukoncové síti kondenzátoru a odporu paralelně a kondenzátoru v sérii.V elektrotechnice má tato síť dva rezonanční body, které se dělí na vysoké a nízké frekvence.Nižší frekvence je sériová rezonance a vyšší frekvence je paralelní rezonance.Vzhledem k vlastnostem samotného krystalu je vzdálenost mezi dvěma frekvencemi docela blízko.V tomto velmi úzkém frekvenčním rozsahu je krystalový oscilátor ekvivalentní induktoru, takže pokud jsou oba konce krystalového oscilátoru zapojeny paralelně s příslušnými kondenzátory, vytvoří paralelní rezonanční obvod.Tento paralelní rezonanční obvod lze přidat k obvodu se zápornou zpětnou vazbou a vytvořit tak sinusový oscilační obvod.Protože frekvenční rozsah krystalového oscilátoru ekvivalentní indukčnosti je velmi úzký, frekvence tohoto oscilátoru se příliš nezmění, i když se parametry ostatních součástek velmi liší.

Krystalový oscilátor má důležitý parametr, kterým je hodnota zátěžové kapacity, vyberte paralelní kapacitu rovnající se hodnotě zátěžové kapacity, můžete získat nominální rezonanční frekvenci krystalového oscilátoru.Obecný oscilační obvod vibračního krystalu jsou na opačných koncích invertujícího zesilovače připojeného ke krystalům mají dvě kapacity přijímají konce krystalů, respektive každá kapacita na druhé straně přijímače, kapacita dvou kondenzátorů v sérii by měla být stejná k zatěžovací kapacitě, věnujte prosím pozornost obecnému IC piny mají ekvivalentní vstupní kapacitu, to nelze ignorovat.Obecně je zatěžovací kapacita krystalového oscilátoru 15 nebo 12,5 skinu.Při uvažování ekvivalentní vstupní kapacity pinů součástek je lepší volbou oscilační obvod krystalového oscilátoru složený ze dvou 22 skin kondenzátorů.