Kristallóskenja: Skemalykkja Frekvens og Aðgerðarregla

Kristallósill virka á grunni andhverfars piezoelectric áhrifs, þar sem althættandi spenna um kristallflötirnir valdar hann að dreifa á náttúrulega tíðni sína. Þessi drefanir verða í lokum breyttar í ósill.

Þessir ósill eru oftast gerðir af kvarstein, þó að önnur efni eins og Rochelle salt og Tourmaline sýni piezoelectric áhrif, vegna þess að kvarsteinur er billigr, náttúrunlega tiltækur og mekanískur sterkur í samanburði við aðra.

Í kristallósilum er kristallinn skorin rétt og settur milli tveggja metallskítana eins og sýnt er í Mynd 1a, sem elektriskt jafngildi er sýnt í Mynd 1b. Í raun fer kristallinn til að bera sig eins og röð RLC net, formuð af hlutum

1. Lágverður varp RS

2. Stórverður indakt LS

3. Lágverður kondensator CS

sem verða í samskipti við kondensatann af eldsflötum Cp.

Vegna tilgangsins Cp, resonar kristallinn á tveimur mismunandi tíðnum, náml.:

1. Röð Resonant Tíðni, fs sem gerist þegar röð kondensat CS resonar við röð indakta LS. Í þessu skipti verður kristallspenningin lægstu og því mun gagnkvæmi verða mest. Stærðfræðilegt útskýringargjöf fyrir sama er gefið sem
   

2. Samhliða Resonant tíðni, fp sem birtist þegar reaktans af LSCS leg fer fram á reaktans af samhliða kondensator Cp i.e. LS og CS resonar við Cp. Í þessu augnablikki verður kristallspenningin hæsta og því mun gagnkvæmi verða lægst. Stærðfræðilegt má gefa sem
   

Ferlið af kondensator verður kondensatlegt bæði undir fS og yfir fp. Hins vegar fyrir tíðni sem liggja á milli fS og yfir fp, ferlið af kristalli verður indaktlegt. Frekar þegar tíðni verður jöfn samhliða resonant tíðni fp, þá mun samþættingin á milli LS og Cp mynda samhliða LC tanknet. Þannig, kristallinn getur verið skoðaður sem samsetning af röð og samhliða tuned resonance netum vegna þess að maður þarf að stilla netið fyrir eitt af þeim tveim. Frekar skal athuga að fp verður hærri en fs og nærlætið milli tveggja verður ákveðið af skurði og stærð kristallsins í notkun.

Kristallósill geta verið hönnuðir með því að tengja kristallinn í netið svo að hann bera sig með lágsprettu þegar hann er keyrt í röð-resonant hátt (Mynd 2a) og hæga sprettu þegar hann er keyrt í anti-resonant eða samhliða resonant hátt (Mynd 2b).

Í netunum sem sýnd eru, mynda varpar R1 og R2 voltage divider netið, en emitter varpan RE stabilizar netið. Frekar, CE (Mynd 2a) virkar sem AC bypass kondensator, en tengingarkondensator CC (Mynd 2a) er notað til að blokk DC signal propagation á milli collector og base terminala.

Næst, kondensatorarnir C1 og C2 mynda kondensatleg voltage divider netið í tilfelli Mynd 2b. Auk þess, er þar einnig Radio Frequency Coil (RFC) í netunum (bæði í Mynd 2a og 2b) sem býður upp á tvær kostgengla, þar sem hann veitir bæði DC bias og frelsir netagildið frá að vera árekst af AC signali á power lines.

Á því að veita töku til ósillator, stækkar amplitúdan af ósill í netinu þar til punkturinn er náður þar sem ólíklendar í forstækkara minnka loop gain til einleikar.

Næst, þegar stöðugt tilstandi er náð, hefur kristallinn í feedback lykkju mikil áhrif á tíðni keyrslu netisins. Frekar, hér mun tíðni sjálfsameininga svo að kristallinn bera sig til að bera reactance til netisins svo að Barkhausen phase requirement sé fullnægt.

Almennt, mun tíðni kristallósilanna vera fastlögð að vera kristalsins grundvallar eða karakteristísk tíðni, sem verður ákveðið af efnisslagi og stærð kristallsins.

Hins vegar, ef kristallinn er ekki parallel eða af ójöfn dekkun, þá gæti hann resonar á mörgum tíðnum, sem leiðir til harmonics.

Frekar, geta kristallósill verið stillaðir til annaðhvort jafnt eða odda harmonic af grundvallartíðni, sem eru kölluð Harmonic og Overtone Oscillators, í þessari röð.

Dæmi um þetta er tilfellið þegar samhliða resonant tíðni kristallsins er lækt eða hækkt með því að bæta við kondensator eða indakt á kristallinn, í þessari röð.

Typical virkningsbil kristallósilanna er frá 40 KHz til 100 MHz, þar sem lágfrekent osill eru hönnuð með OpAmps, en hágfrekent-osill eru hönnuð með transistors (BJTs eða FETs).

Tíðni ósilla sem eru mynduð af netinu er ákveðin af röð resonant tíðni kristallsins og verður óhefð af brotum í töku spennu, transistors parameters, o.s.frv. Sem niðurstöðu, sýna kristallósill hæg Q-factor með frábær tíðnisstöðugleiki, sem gerir þá mest viðeigandi fyrir hágfrekenta notkun.

Hins vegar, ætti að vera vandvirkur að keyra kristallinn með besta töku. Þetta er vegna þess, að ef of mikið töku er flutt í kristall, þá gætu parasitic resonances verið virkjar í kristalli, sem leiðir til óstöðugrar resonant tíðni.

Frekar, gæti jafnvel úttaksvelform hans verið dreift vegna brots í phase noise performance hans. Auk þess, geti það jafnvel leitt til eyðingar á tækinu (kristalli) vegna ofhiti.

Kristallósill eru kompaktnir í stærð og hafa lág kostnað vegna þess að þeir eru víðtæklega notaðir í elektrónískum herferðakerfum, samskiptakerfum, leiðbeiningarkerfum, mikroforritamöppum, mikrotólum, geimferðakerfum, mælanástæðum, lyfjaefnum, tölvum, tölvukerfum,