Кристален осцилатор: Схема Фреквенција и начин на работа
Кристалните осцилатори функционираат на принципот на инверзната пиезоелектрична ефект, при кој алтернативна напона приложена над површините на кристалот го прави да вибрира на неговата природна фреквенција. Тоа се овие вибрации кои на крај се претвораат во осцилации.
Овие осцилатори обично се направени од кристален кварц, иако други материјали како Рочела сол и Турмалин исто така покажуваат пиезоелектричен ефект, бидејќи кварцот е евтино, природно достапен и механички јак споредено со другите.
Во кристалните осцилатори, кристалот е подобро исечен и поставен помеѓу две метални плочи како што е прикажано на Слика 1а, чија електрична еквивалентност е прикажана на Слика 1б. Во реалноста, кристалот се однесува како сериски RLC цев, формиран од компонентите
Нискозначен резистор RS
Големозначен индуктор LS
Малин капацитет CS
кои ќе бидат паралелно со капацитетот на неговите електроди Cp.
Заблагодарени на присуството на Cp, кристалот ќе резонира на две различни фреквенции, а именно,
Сериеска резонантна фреквенција, fs која се случува кога сериескиот капацитет CS резонира со сериескиот индуктор LS. На овој момент, импедансата на кристалот ќе биде најмала и затоа количеството на повратна врска ќе биде најголемо. Математички израз за тоа е даден како
Паралелна резонантна фреквенција, fp која се појавува кога реактивноста на LSCS дел еднаква на реактивноста на паралелниот капацитет Cp т.е. LS и CS резонираат со Cp. На овој момент, импедансата на кристалот ќе биде највисока и затоа повратната врска ќе биде најмала. Математички може да се даде како
Поведбата на капацитетот ќе биде капацитивна и под fS и над fp. Меѓутим, за фреквенциите кои се наоѓаат меѓу fS и над fp, поведбата на кристалот ќе биде индуктивна. Покрај тоа, кога фреквенцијата станува еднаква на паралелната резонантна фреквенција fp, тогаш интеракцијата помеѓу LS и Cp ќе формира паралелно настроена LC танкова схема. Затоа, кристалот може да се гледа како комбинација од сериески и паралелно настроени резонантни схеми, поради што е потребно да се настрои схемата за една од овие две. Покрај тоа, треба да се забележи дека fp ќе биде поголема од fs и близоста помеѓу двете ќе биде одредена од исечената форма и размерите на користениот кристал.
Кристалните осцилатори можат да се дизајнираат со поврзување на кристалот во схемата така што овозможува ниска импеданса кога се функционира во сериески резонантен режим (Слика 2а) и висока импеданса кога се функционира во антирезонантен или паралелен резонантен режим (Слика 2б).
Во прикажаните схеми, резисторите R1 и R2 формираат делител на напон, додека емитерскиот резистор RE стабилизира схемата. Покрај тоа, CE (Слика 2а) функционира како AC байпас капацитет, додека куплувацкиот капацитет CC (Слика 2а) се користи за блокирање на DC сигналот помеѓу колекторот и базата.
Следно, капацитетите C1 и C2 формираат делител на напон во случајот на Слика 2б. Покрај тоа, во схемите (и во Слика 2а и 2б) има и радио фреквенцијски котла (RFC) кој овозможува двојна предност, бидејќи пружа и DC строј и слободува излезот на схемата од влијание на AC сигналот на линиите за настанување.
При додавање на настанување до осцилаторот, амплитудата на осцилациите во схемата се зголемува сè додека не се достигне точка во која нелинеарностите во усилувачот го намалат факторот на загуба до единица.
Следно, кога се достигне стабилно состојба, кристалот во повратната врска многу влијае на фреквенцијата на работната схема. Покрај тоа, тука, фреквенцијата ќе се само-регулира така што овозможува кристалот да презентира реактивност на схемата така што се исполнува Бархаузеновиот услов за фаза.
Во општо, фреквенцијата на кристалните осцилатори ќе биде фиксирана да биде основната или карактеристичната фреквенција на кристалот, која ќе биде одредена од физичкиот големина и облик на кристалот.
Меѓутим, ако кристалот е непаралелен или со неуниформна деblanks
