क्रिस्टल ऑसिलेटर: सर्किट, फ्रिक्वेन्सी र कामकाजको सिद्धांत
क्रिस्टल ऑसिलेटर प्रतिविरोधी पाइजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सिद्धांत पर काम करते हैं, जिसमें क्रिस्टल की सतहों पर लगाए गए एक विकल्पीय वोल्टेज से यह अपनी प्राकृतिक आवृत्ति पर दोलन करता है। ये दोलन अंत में दोलनों में परिवर्तित हो जाते हैं।
ये ऑसिलेटर आमतौर पर क्वार्ट्ज क्रिस्टल से बने होते हैं, हालांकि रोचेल साल्ट और टूर्मलिन जैसे अन्य पदार्थ भी पाइजोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते हैं, क्योंकि क्वार्ट्ज अन्य की तुलना में सस्ता, प्राकृतिक रूप से उपलब्ध और यांत्रिक रूप से मजबूत होता है।
क्रिस्टल ऑसिलेटरों में, क्रिस्टल को उचित रूप से काटा जाता है और दो धातु के प्लेटों के बीच लगाया जाता है, जैसा कि चित्र 1a द्वारा दिखाया गया है, जिसका विद्युत समतुल्य चित्र 1b द्वारा दिखाया गया है। वास्तव में, क्रिस्टल एक श्रृंखला RLC सर्किट की तरह व्यवहार करता है, जो निम्नलिखित घटकों से बना होता है
एक कम मूल्य का प्रतिरोधक RS
एक बड़ा मूल्य का इंडक्टर LS
एक छोटा मूल्य का कैपेसिटर CS
जो इसके इलेक्ट्रोड्स की क्षमता Cp के साथ समान्तर होगा।
Cp की उपस्थिति के कारण, क्रिस्टल दो अलग-अलग आवृत्तियों पर दोलन करेगा, जैसे:
श्रृंखला रिझोनेंट आवृत्ति, fs जो तब होती है जब श्रृंखला क्षमता CS श्रृंखला इंडक्टर LS के साथ रिझोनेट होती है। इस स्थिति में, क्रिस्टल का इम्पीडेंस सबसे कम होगा और इसलिए प्रतिक्रिया की मात्रा सबसे अधिक होगी। इसके लिए गणितीय व्यंजक निम्नलिखित है:
समान्तर रिझोनेंट आवृत्ति, fp जो तब प्रदर्शित होती है जब रिएक्टेंस LSCS लेग की बराबर होती है समान्तर कैपेसिटर Cp की रिएक्टेंस की तरह, अर्थात् LS और CS Cp के साथ रिझोनेट होते हैं। इस समय, क्रिस्टल का इम्पीडेंस सबसे अधिक होगा और इसलिए प्रतिक्रिया सबसे कम होगी। इसके लिए गणितीय व्यंजक निम्नलिखित है:
कैपेसिटर का व्यवहार fS और fp से नीचे और ऊपर दोनों में कैपेसिटिव होगा। हालांकि, fS और fp के बीच की आवृत्तियों के लिए, क्रिस्टल का व्यवहार इंडक्टिव होगा। फिर जब आवृत्ति समान्तर रिझोनेंट आवृत्ति fp के बराबर हो जाती है, तो LS और Cp के बीच का इंटरक्शन एक समान्तर ट्यून्ड LC टैंक सर्किट बनाता है। इसलिए, एक क्रिस्टल को श्रृंखला और समान्तर ट्यून्ड रिझोनेंस सर्किटों के संयोजन के रूप में देखा जा सकता है, जिसके कारण किसी एक के लिए सर्किट ट्यून किया जाना चाहिए। इसके अलावा, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि fp fs से अधिक होगा और दोनों के बीच की निकटता क्रिस्टल के कट और आकार-प्रकार से निर्धारित होगी।
क्रिस्टल ऑसिलेटर को ऐसे सर्किट में कनेक्ट किया जा सकता है कि जब यह श्रृंखला-रिझोनेंट मोड (चित्र 2a) में काम करता है तो यह कम इम्पीडेंस प्रदान करता है और जब यह विरोधी-रिझोनेंट या समान्तर रिझोनेंट मोड (चित्र 2b) में काम करता है तो यह उच्च इम्पीडेंस प्रदान करता है।
दिखाए गए सर्किटों में, प्रतिरोधक R1 और R2 वोल्टेज डिवाइडर नेटवर्क बनाते हैं जबकि एमिटर प्रतिरोधक RE सर्किट को स्थिर करता है। इसके अलावा, CE (चित्र 2a) AC बाइपास कैपेसिटर के रूप में कार्य करता है जबकि कप्लिंग कैपेसिटर CC (चित्र 2a) कलेक्टर और बेस टर्मिनल के बीच DC सिग्नल के प्रसारण को रोकने के लिए उपयोग किया जाता है।
अगला, कैपेसिटर C1 और C2 चित्र 2b के मामले में कैपेसिटिव वोल्टेज डिवाइडर नेटवर्क बनाते हैं। इसके अलावा, दोनों सर्किटों (चित्र 2a और 2b दोनों में) में एक रेडियो फ्रिक्वेंसी कॉइल (RFC) भी होती है जो दोहरा फायदा प्रदान करती है, क्योंकि यह डीसी बायस भी प्रदान करती है और साथ ही शक्ति लाइनों पर AC सिग्नल से सर्किट-आउटपुट को छूट देती है।
ऑसिलेटर को शक्ति प्रदान करने पर, सर्किट में दोलनों का आयाम बढ़ता रहता है जब तक एम्प्लिफायर में गैर-रेखीयता लूप गेन को एकता तक कम नहीं कर देती है।
फिर, स्थिर अवस्था पर पहुंचने पर, पीडब्ल्यू फीडबैक लूप में क्रिस्टल सर्किट की कार्यात्मक आवृत्ति पर बहुत प्रभाव डालता है। इसके अलावा, यहाँ, आवृत्ति खुद बदलेगी ताकि क्रिस्टल को सर्किट को एक रिएक्टेंस प्रस्तुत करने की अनुमति मिले ताकि बार्कहाउसन फेज आवश्यकता पूरी हो सके।
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