Kristal Oszigilatzailea: Zirkuitua, Maiztasuna eta Funtzionamenduaren Oinarrizko Printzipioa

Kristal osziladoreak piezoelektrikoa efektuaren alderantzizko printzipioan oinarritzen dira, non kristalaren azaleretan aplikatutako tensio alternoak kristala bere naturreko maiztasunean bilaitsi. Hauek dira oszilazioetara bihurtzen diren bilaizunak.

Kristal osziladore horiek arrunt Kristaloa materiala daitezen sortzen dira, bestalde Rochelle saldua eta Tourmaline ere piezoelektrikoa efektua erakusten dute, Kristaloa beste material batzuekin alderatuta kontsumo gutxiago duela, munduan eskuragarri izateagatik eta mekanikoki indartsuagoa delako.

Kristal osziladoreetan, kristala egoki moztu eta bi plaka metaliko artean kokatzen da, irudia 1a erakusten duen moduan, eta elektrikoki baliokidea irudia 1b erakusten duen moduan. Benetan, kristalak RLC serie serieki osatutako zirkuito bezala jardatzen du, haren elementuak formatzen dituzte

1. Balio txikiak duten erraztestura RS

2. Balio handiak duten induktorea LS

3. Balio txikiak duten kondensatorea CS

eta hauek paraleloko kapasitatea elektrorren Cp bezala egongo dira.

Cp dagoelarik, kristalak bi maiztasun desberdinetan erresonatuko du, hau da,

1. Erresonantzia Seriekoa, fs non serieko kapasitatea CS erresonatzen du serieko induktorearekin LS. Momentu honetan, kristalaren impedimentua txikiena izango da, beraz, iturburuaren feedback-a handiena. Matematikoki honela adierazten da
   

2. Erresonantzia Paralelokoa, fp non reaktantea LSCS pieza baten reaktantea Cp pieza paralelokoarenaren berdina izango da i.e. LS eta CS erresonatzen du Cp piezarekin. Momentu honetan, kristalaren impedimentua gehieneko izango da, beraz, iturburuaren feedback-a gutxiena. Matematikoki honela adierazten da
   

Kapasitorea fS-ren azpitik eta fp-ren gainean kapasitiboa izango da. Baina fS-ren eta fp-ren arteko maiztasunentzat, kristalaren portaera induktiboa izango da. Ondoren, maiztasuna parallel resonant frequency fp bezala bihurtzen da, orduan LS eta Cp arteko elkarrekintza LC tank zirkuitu paraleloko bat formatzen du. Beraz, kristala serie eta paraleloko erresonantziako zirkuituen konbinazio gisa ikusi daiteke, horregatik zirkuitua euren artean bat hartu behar da. Gainera, kontuan hartu behar da fp fs-ren baino handiagoa dela eta bien arteko propietatea kristalaren moztura eta neurriak esleitzen dituzte.

Kristal osziladoreak kristala zirkuituan konektatuz diseinatu daitezke, serie-resonant moduan (Irudia 2a) funtzionatzeko kristalak impedimentu txikia ematen duenean eta anti-resonant edo paraleloko erresonant moduan (Irudia 2b) funtzionatzeko kristalak impedimentu handia ematen duenean.

Erakusten diren zirkuituetan, erraztestuak R1 eta R2 tentsio-banatzaile zirkuitua osatzen dute, eta emiteraren erraztestua RE zirkuitua estabilizatzen du. Gainera, CE (Irudia 2a) AC bidezko kondensatorea da eta CC (Irudia 2a) DC senalaren garapenari amaitu egiten dio kolektoretik base terminalera.

Hurrengo, kondensatoreek C1 eta C2 Irudia 2b kasuan kondensatibo tentsio-banatzaile zirkuitua osatzen dute. Gehiago, Radio Frequency Coil (RFC) bat dago zirkuituetan (Irudia 2a eta 2b), dual benetako DC bias eman eta zirkuituaren outputa power line-en AC senalaren eragina asaldatzea lortzeko.

Osziladoreari energia eman ondoren, zirkuituko oszilazioen amplitudak handitu egingo dira, amplifikatzailearen nonlinealitateak loop gaina unitatera murriztu arte.

Ondoren, egoera estatikoa iritsi ondoren, kristalak feedback loop-an oso eragin handia izango du zirkuituaren funtzioaren maiztasunean. Gero, hemen, maiztasuna automatikoki doitzeko kristalak zirkuituari reactance bat eman behar dio Barkhausen phase requirement betetzeko.

Orokorrean, kristal osziladoreen maiztasuna kristalaren oinarrizko edo karakteristiko maiztasuna izango da, kristalaren tamaina eta forma fisikak zehazten dituena.

Baina, kristalak ez badira paraleloak edo neurriz uniformeak, orduan hainbat maiztasutan erresonatzen dira, harmonikoak sortuz.

Gainera, kristal osziladoreak oinarrizko maiztasunaren biren edo bakoitiaren osziladore harmoniko edo overtone osziladore bezala doitzeko sakondu daitezke, hurrenez hurren.

Kristalaren parallel resonance frequencya gutxitu edo handitu dadin, kristalaren gainean kondensatorea edo induktorea bat gehitu daiteke, hurrenez hurren.

Kristal osziladoreen maiztasun operazio arrunta 40 KHz-tik 100 MHzra bitartean, non maiztasun baxuko osziladoreak OpAmps erabiliz diseinatzen direla, eta maiztasun altuak transistorrekin (BJTs edo FETs).

Zirkuituak sortzen dituen oszilazioen maiztasuna kristalaren serie resonant frequencyaren arabera zehazten da, eta energia eman eta transistor parametroen aldaketetan independientea izango da. Horregatik, kristal osziladoreek oso handiak Q-factor dituzte, maiztasun estabilitate handiarekin, horrek altu mailako aplikazioetarako oso egokia dute.

Baina, kristalak optimotik baino gehiago energy eman baldin badu, kristalaren parasitario erresonantziak aktibatu egingo dira, hau da, erresonantziaren maiztasuna instabilea izango da.

Gainera, output signalaren forma ere distorts egingo da fase noise performance-aren degradazioagatik. Gainera, kristalak sobreenenergiak eman balitz, kristalak suertsi dezake, kalte handiak sor dezake.

Kristal osziladoreak tamaina txikiak dira eta kostu gutxi dituzte, horregatik elektronikoko gerra sistemetan, komunikazio sistemetan, gidapen sistemetan, mikroprozesadoreetan, mikrokontroladoreetan, espazio jarraitzaile sistemetan, neurgailuetan, mediku gailuetan, ordenagailuetan, digital sistemetan, instrumentazioan, phase-locked loop sistemetan, modemetan, sensorretan, disk drive-etan, itsasertzetan, telekomunikazioetan, motor kontrol sistemetan, orduetan, Global Positioning System (GPS)etan, kable television sistemetan, bideo kameretan, jolasei, bideo jolasei, radio sistemetan, telefono cellularretan, kronometroetan, etab.

Declaración: Respetar el original, los buenos artículos merecen ser compartidos, si hay infracción, póngase en contacto para eliminar.