Oscillatur Kristallin: Sħema Frekwenza u Prinċipju funzjonali

Kristal oscillators jgħodd fuq il-prinċipju tal-effett piezoelettriku invers, fejn votaġġ alternativ applikat mill-blokk tal-kristall għandu jiċċekkja bil-frekwenza naturali tiegħu. Huwa dan il-ċekk li tista' tfittex l-oscillazzjonijiet.

Dawn l-oscillators huma sovent magħluq minn kristall tal-kuarzo, hafna skont l-istess oħra materjali kif Rochele salt u Tourmaline jgħodd l-effett piezoelettriku minħabba li l-kuarzo huwa ekonomiku, disponibbli naturalment u meċkanikament fortu fl-verġni ta' l-oħra.

Fik kristal oscillators, il-kristall jkun tagħmel u muntaj bħal ma jmur murris fil-Figura 1a, kif ikkonferma l-equivalent elektriku fit-Figura 1b. F'realtà, il-kristall jidher bħala serija RLC circuit, formata mill-komponenti

1. Resistor RS b'mod relativament qasir

2. Induttur LS b'mod relativament kbir

3. Kondensatur CS b'mod relativament żgħir

li jkunu f'paralell mal-kapacità tal-elettrodi Cp.

Għal effett tas-sħubien ta' Cp, il-kristall se jiċċekkja b'du frekwenzijiet differenti, hafna:

1. Frekwenza Seri Resonanti, fs li jkun meta l-kapacità serjali CS jiċċekkja mal-induttanza serjali LS. Fl-istadji din, l-impeđanża tal-kristall tkun l-aqbla u hekk l-ammont tal-feedback jkun l-aqbar. L-espressjoni matematika għal din hija
   

2. Frekwenza Parallela Resonanti, fp li jkun meta l-reactance ta' l-LSCS leg tkun l-istess sa l-parallel capacitor Cp i.e. LS u CS jiċċekkja ma' Cp. Fl-istadji din, l-impeđanża tal-kristall tkun l-aqbel u hekk l-ammont tal-feedback jkun l-aqbl. Matematikament tista' tiktebha bħal
   

Il-behaviour tal-kapacità se jkun kapacitiv hemm l-ogħla minn fS u hemm l-aqbel minn fp. Imma għal il-frekwenzijiet li jkunu bejn fS u fp, il-behaviour tal-kristall se jkun induttiv. Aktar meta l-frekwenza tkun ugwal għal frekwenza resonanti parallela fp, allura l-interazzjoni bejn LS u Cp jiffurmaw tank circuit LC parallela tunjat. Hekk, kristall jista' jiġi riga' bħala kombinazzjoni ta' series u parallel tuned resonance circuits għal li s-singolo huwa niftakar l-circuit għal dawn l-ewwel. Aktar hafna huwa daqs biex jkun notat li fp se tkun ogħla minn fs u l-viċinanza bejn l-ewwel waħda u l-ogħla se tkun deċiduta mill-cut u l-dimensjonijiet tal-kristall bl-użu.

Kristal oscillators jistgħu jiġu disegnati b'connessioni tal-kristall fil-kurrent b'mod li joffru impidanza bassa meta joperaw fis-mode serjali-resonanti (Figura 2a) u impidanza ħafiża meta joperaw fis-mode anti-resonanti jew paralella resonanti (Figura 2b).

Fil-kurrenti mostrati, ir-resistors R1 u R2 ifformaw it-tnejn tal-voltage divider network mentri l-emitter resistor RE stabilizzaw il-kurrent. Aktar, CE (Figura 2a) jagħmel skont AC bypass capacitor mentri l-coupling capacitor CC (Figura 2a) jgħoddi b'forma biex jiblokka DC signal propagation bejn l-collector u l-base terminals.

Aktar, il-kondensaturi C1 u C2 ifformaw it-tnejn tal-capacitive voltage divider network fil-kas ta' Figura 2b. Inkella, hemm ukoll Radio Frequency Coil (RFC) fil-kurrenti (f'kull darba fil-Figura 2a u 2b) li joffru dual advantage minħabba li jfornixxi ukoll il-DC bias u jilġġġew il-kurrent-output minn affariet tal-AC signal fuq il-power lines.

Meta jiġi forniti l-energy ll-oscillator, l-amplitud tal-oscillations fil-kurrent se tgħadi sal-mument meta l-nonlinearities fil-amplifier jiżdiedu l-loop gain għal unity.

Aktar, meta jiġi raggiunt stat steady, il-kristall fil-feedback loop jinfluencja fortejk frekwenza tal-kurrent operattiv. Aktar, hawn, il-frekwenza se tbiddel automatikament biex tispiċċifikaw l-kristall li jpreżenti reactance lil-kurrent bħal li l-Barkhausen phase requirement jiġi soddisfat.

Fl-ġenerali, il-frekwenza tal-kristal oscillators tkun fissata biex tkun fundamental frequency tal-kristall, li jiġi deċidut mill-size u shape fizika tal-kristall.

Imma, jekk il-kristall mhux parallel jew huwa ta' spissitudini mhux uniformali, allura jista' jiċċekkja b'molt frekwenzijiet, jresulta fil-harmonics.

Aktar, il-kristal oscillators jistgħu jiġu tunjati għal even jew odd harmonic tal-fundamental frequency, li jsiru Harmonic u Overtone Oscillators rispettivament.

Esempju ta' din il-każ jkun meta l-frekwenza resonanti parallela tal-kristall tiġi diminuita jew inkresata b'aggiunta ta' kapacità jew inductor fuq il-kristall, rispettivament.

Ir-range tipiku ta' funzionament tal-kristal oscillators huwa minn 40 KHz sab 100 MHz fejn il-low frequency oscillators jkunu disegnati b'OpAmps u l-high frequency-ones jkunu disegnati b'transistors (BJTs jew FETs).

Il-frekwenza tal-oscillations generata mill-kurrent hi midecisa mill-frekwenza serjali resonanti tal-kristall u se tkun immuni mill-varjazzjonijiet fil-supply voltage, transistor parameters, etc. B'hekk, kristal oscillators jgħodd b'high Q-factor u stabilità ta' frekwenza ġodda, li jgħimduhom apropriati għal applikazzjonijiet high-frequency.

Imma, għandu jkun osservat biex kristall jiġi drivat b'power optimum biss. Dan minħabba li, jekk tropp power jiġi furnit lil kristall, allura l-parasitic resonances jistgħu jiġu excited fil-kristall li jilleva għal frekwenza resonanti instabbili.

Aktar, is-silġa tal-output waveform tista' tkun disturtita minħabba l-degradazzjoni fil-phase noise performance. Mhedda, tista' tresulta fid-destruzzjoni tal-device (kristall) għal overheat.

Kristal oscillators huma kompakti u b'kost bass u għalhekk huma estensivament użati fi sistemi ta' electronic warfare, sistemi ta' komunikazzjoni, sistemi ta' guidanġa, microprocessors, microcontrollers, sistemi ta' tracking spazjali, instrummenti ta' misur, dispositivi mediki, kompjuters, sistemi digitali, strumentazzjoni, sistemi ta' phase-locked loop, modems, sensors, disk drives, sistemi ta' telekomunikazzjoni, sistemi ta' control tal-inġini, clocks, sistemi ta' Global Positioning Systems (GPS), sistemi ta' cable television, video cameras, toys, videogames, sistemi ta' radio, cellular phones, timers, etc.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if