Oscilator Kristali: Mzunguko wa Mwendo na Sifa ya Kufanya Kazi

Vibofaza zinafanya kazi kulingana na ushawishi wa piezoelektriki ambao ni mwenye kutumia umeme unaoelekezwa kwenye nyama ya vibofaza ikivibua kwa mfano wake. Ni maingiliano haya yanayopata kutumika kwa vibofaza.

Vibofaza hivi huundwa kutokana na kristalo la Quartz, ingawa viwango vingine kama vile Rochelle salt na Tourmaline vinapatikana na sifa za piezoelektriki, kristalo la Quartz ni rahisi kupata, chenye gharama ndogo, na linapotumika lina nguvu zaidi kuliko viwango vyengine.

Katika vibofaza, kristalo huundwa na kuwekwa kati ya vibamba vya viti viwili kama inavyoonyeshwa kwa Fig 1a na thamani yake ya umeme inavyoonyeshwa kwa Fig 1b. Katika kweli, kristalo huchukua tabia ya mkataba wa RLC wa mfululizo, ulio undwa kwa muundo wa:

1. Ripoti ya kiwango cha chini RS

2. Indaktwa kubwa LS

3. Kapasitansi ndogo CS

Yatakayokuwa parallel na kapasitansi ya vibamba vyake Cp.

Kwa sababu ya upatikanaji wa Cp, kristalo litavibuka kwa tofauti tofauti za mzunguko viz.,

1. Mzunguko wa Mfululizo wa Series, fs ambayo hutokeza wakati kapasitansi ya series CS huuundwa na indaktwa ya series LS. Wakati huu, ukuaji wa kristalo utakuwa chini sana na hiyo itahusisha feedback chenyewe. Uhusiano wa hesabu unaelezea kama
   

2. Mzunguko wa Mfululizo wa Parallel, fp ambayo hutoka wakati reactance ya LSCS leg huoneana na reactance ya parallel capacitor Cp i.e. LS na CS huuundwa na Cp. Wakati huu, ukuaji wa kristalo utakuwa juu sana na hiyo itahusu feedback chenye kiwango cha chini. Kwa hisabati inaweza kutolewa kama
   

Tabia ya kapasitansi itakuwa ya kapasitansi chini ya fS na juu ya fp. Ingawa kwa mzunguko wa kiwango cha kati ya fS na juu ya fp, tabia ya kristalo itakuwa ya induktansi. Zaidi ya hilo, wakati mzunguko ukawa sawa na mzunguko wa parallel resonant frequency fp, interaksi ya LS na Cp itajenga mkataba wa LC tank circuit. Hivyo, kristalo linaweza kuonekana kama combination ya series na parallel tuned resonance circuits ambayo inahitaji kufanyika moja kati ya hizi mbili. Zaidi ya hilo, ni lazima kukumbuka kuwa fp itakuwa juu kuliko fs na uzinduzi kati yao utahusishwa na cut na mizizi ya kristalo iliyotumika.

Vibofaza zinaweza kujengwa kwa kuhusisha kristalo katika mkataba ili iwe na ukuaji wa chini wakati inafanya kazi kwa mode ya series-resonant (Fig 2a) na ukuaji wa juu wakati inafanya kazi kwa mode ya anti-resonant au parallel resonant (Fig 2b).

Katika mkataba inayoelezwa, resistors R1 na R2 hununda network ya voltage divider na resistor wa emitter RE husimamia mkataba. Zaidi ya hilo, CE (Fig 2a) hutumika kama AC bypass capacitor na coupling capacitor CC (Fig 2a) hutumika kuboresha DC signal propagation kati ya collector na base terminals.

Baada, capacitors C1 na C2 hunitundu network ya capacitive voltage divider kwa fig 2b. Zaidi ya hilo, kuna Radio Frequency Coil (RFC) katika mkataba (both in Fig 2a and 2b) ambayo hutoa faida mbili kama inatoa DC bias na pia hutathmini circuit-output kutokutana na AC signal kwenye power lines.

Wakati umeme unatumika kwa oscillator, amplitude ya vibofaza katika mkataba hujaribu hadi point ambapo nonlinearities katika amplifier hupunguza loop gain hadi unity.

Baada, wakati steady state imefika, kristalo katika feedback loop hujihusisha sana na mzunguko wa operating circuit. Zaidi ya hilo, hapa, mzunguko uta self-adjust ili kuwasilisha kristalo reactance kwa circuit ili Barkhausen phase requirement ifanikiwe.

Katika jumla, mzunguko wa vibofaza ya kristalo utakuwa fixed kuwa fundamental au characteristic frequency ya kristalo ambayo itahusiana na mizizi na shape ya kristalo.

Ingawa, ikiwa kristalo si parallel au ni na ubora wa thickness, basi inaweza kuvibuka kwa mzunguko mingi, inayotengeneza harmonics.

Zaidi ya hilo, vibofaza za kristalo zinaweza kutunika kwa even au odd harmonic ya fundamental frequency, ambazo zinatafsiriwa kama Harmonic na Overtone Oscillators, respectively.

Mfano wa hii ni kesi ambako mzunguko wa parallel resonant wa kristalo unachukuliwa chini au juu kwa kuongeza capacitor au inductor across the kristalo, respectively.

Operating range ya vibofaza za kristalo ni kutoka 40 KHz hadi 100 MHz ambapo vibofaza vya kiwango cha chini vinajengwa kwa kutumia OpAmps na vibofaza vya kiwango cha juu vinajengwa kwa kutumia transistors (BJTs au FETs).

Mzunguko wa vibofaza zinazotengenezwa na mkataba hunchukuliwa na series resonant frequency ya kristalo na itakosekwa kutokana na tofauti katika supply voltage, transistor parameters, etc. Kama result, vibofaza za kristalo zinashiriki Q-factor yenye kutosha na stability nzuri za mzunguko, kuwafanya zaidi ya vibofaza vya high-frequency applications.

Ingawa, lisipojumuisha kuwa vibofaza zinatumika kwa optimum power tu. Kwa sababu, ikiwa power zaidi zinatumika kwa kristalo, basi parasitic resonances zinaweza kutengeneza kwenye kristalo ambayo linaweza kuleta mzunguko unstable.

Zaidi ya hilo, output waveform yake inaweza kudisorteka kutokana na degradation ya phase noise performance. Zaidi ya hilo, inaweza kuleta destruction ya device (kristalo) kutokana na overheating.

Vibofaza zinazotengenezwa kwa kutumia kristalo zinaweza kutumika kwa urahisi na zinazotumika sana katika electronic warfare systems, communication systems, guidance systems, microprocessors, microcontrollers, space tracking systems, measuring instruments, medical devices, computers, digital systems, instrumentation, phase-locked loop systems, modems, sensors, disk drives, marine systems, telecommunications, engine control systems, clocks, Global Positioning Systems (GPS), cable television systems, video cameras, toys, video games, radio systems, cellular phones, timers, etc.

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