Oscillator Cristallinus: Circulus Frequentia et Principium Operativum

Oscillatores crystal operantur iuxta principium effectus piezoelectrici inversi, in quo voltus alternans applicatus ad superficies crystal causat eum vibrare ad suam naturalem frequentiam. Sunt hae vibrationes quae tandem convertuntur in oscillationes.

Hii oscillatores solent fieri ex cristallo quarz, licet aliae substantiae ut Rochelle sal et Tourmaline exhibeant effectum piezoelectricum, quia quarz est vilis, naturaliter disponibilis et mechaniciter fortis comparatus cum aliis.

In oscillatoribus crystal, crystal convenienter secatur et collocatur inter duas laminas metallicas ut ostendit Figura 1a, cuius equivalentia electrica ostenditur per Figuram 1b. In re, crystal se habet ut circulus RLC in serie, formatus per componentes

1. Resistor parvus RS

2. Inductor magnus LS

3. Capacitor parvus CS

qui erunt in parallelo cum capacitate electrodorum Cp.

Propter praesentiam Cp, crystal resonabit duabus differentibus frequentiis videlicet,

1. Frequens Resonantis in Serie, fs quod evenit quando capacitance in serie CS resonat cum inductore in serie LS. In hoc statu, impedimentum crystal erit minimum et ideo quantitas feedback erit maxima. Expressio mathematica pro eadem datur
   

2. Frequens Resonantis in Parallelo, fp quod exhibetur quando reactancia LSCS aequalis est reactantiae capacitoris in parallelo Cp i.e. LS et CS resonant cum Cp. In hoc instanti, impedimentum crystal erit maximum et ideo feedback erit minimum. Mathematica datur
   

Comportamentum capacitoris erit capacitive tam infra fS quam supra fp. Tamen pro frequentiis quae iacent inter fS et supra fp, comportamentum crystal erit inductive. Ulterius quando frequens aequatur frequenti resonantis in parallelo fp, tunc interactio inter LS et Cp formabit circuitum LC in parallelo. Hinc, crystal potest videri ut combinatio circuituum resonantium in serie et in parallelo, propter quod oportet circuitum accordinare ad unum ex his duobus. Praeterea notandum est quod fp erit maius quam fs et propinquitas inter duo erit determinata ab excisione et dimensionibus crystal in usu.

Oscillatores crystal possunt designari coniungendo crystal in circuitum ita ut offerat impedimentum parvum quando operatur in modo resonantis in serie (Figura 2a) et impedimentum magnum quando operatur in modo anti-resonantis vel resonantis in parallelo (Figura 2b).

In circuitibus ostensis, resistores R1 et R2 formant repartitionem voltage dum resistor emitter RE stabilizat circuitum. Ulterius, CE (Figura 2a) agit ut capacitor AC bypass dum capacitor coupling CC (Figura 2a) utitur ad prohibendum propagationem signali DC inter terminales collector et base.

Deinde, capacitors C1 et C2 formant repartitionem voltage capacitiva in casu Figurae 2b. Praeterea, est etiam bobina radiofrequentiae (RFC) in circuitibus (et in Figura 2a et 2b) quae offert duplicem advantagium ut suppeditat etiam bias DC et liberat output circuiti ab affectu signali AC in lineis potentiae.

Suppeditando potentiam oscillatoris, amplitudo oscillationum in circuitu crescet donec punctus attingatur ubi nonlineares in amplificatore reducant gain loop ad unitatem.

Deinde, attingendo statum stacionarium, crystal in feedback loop valde influet frequentiam circuiti operantis. Ulterius, hic, frequens sese adaptabit ut faciat ut crystal praebeat reactantiam circuito taliter ut satisfaciat requirementi phase Barkhausen.

In genere, frequens oscillatorum crystal erit fixus ad esse fundamentalis vel characteristicus frequentia crystal, qui erit determinatus per dimensionem et figuram physicalis crystal.

Tamen, si crystal non est parallelus vel uniformis crassitudinis, tum potest resonare ad plures frequentias, resultantes in harmonics.

Ulterius, oscillatorum crystal possunt accordari ad aut harmonicam parem aut imparem fundamentalis frequentiae, quae vocantur Oscillatores Harmonici et Overtone, respectiviter.

Exemplum huius est casus ubi frequens resonantis in parallelo crystal diminuitur vel augetur addendo capacitor vel inductor trans crystal, respectiviter.

Typica area operativa oscillatorum crystal est ab 40 KHz ad 100 MHz, ubi oscillatorum bassae frequentiae designantur utendi OpAmps, dum altae frequentiae designantur utendi transistores (BJTs vel FETs).

Frequens oscillationum generatarum a circuitu deciditur per frequens resonantis in serie crystal et erit immutabilis pro variis in supply voltagine, parametri transistores, etc. Propter hoc, oscillatorum crystal exhibent altum Q-factor cum excellenti stabilitate frequentiae, facientes eos optime aptos ad applicationes altae frequentiae.

Tamen, cura debet capi ut crystal moveatur cum optimo potestate tantum. Hoc est quia, si nimis multa potestas traditur crystal, tum resonantiae parasiticae possunt excitari in crystal, quod ducit ad instabilem resonantiam frequentiae.

Ulterius, etiam forma wave output potest distorqui propter degradationem in performance phase noise. Praeterea, potest etiam resultare in destructione apparati (crystal) propter supercalorem.

Oscillatores crystal sunt compacti in magnitudine et parvi costi, propter quod extensim utuntur in systematis belli electronici, communicationis, directionis, microprocessores, microcontrollers, systematis tracking spatiarum, instrumentis mensurae, dispositivis medicis, computris, systematis digitalibus, instrumentatione, systematis phase-locked loop, modemis, sensoribus, disk drives, systematis telecommunicationis, systematis controlis motoris, horologiis, Systematibus Positionis Globali (GPS), systematis televisionis per cable, camera video, ludis, ludi video, systematis radio, cellularibus telefonis, temporizatoribus, etc.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.