Kristal Osilatör: Devre Dizilimi Frekans ve Çalışma Prensibi
Kristal osilatörler, kristal yüzeylerine uygulanan değişen bir gerilimin ters piezoelektrik etki prensibine dayanarak doğal frekansında titreşmesine neden olur. Bu titreşimler sonunda salınım haline dönüşür.
Bu osilatörler genellikle kuvars kristalinden yapılmıştır, ancak Rochelle tuzu ve Tourmalin gibi diğer maddeler de piezoelektrik etki gösterir. Kuvars, diğerlerine göre daha ucuz, doğal olarak bulunabilir ve mekanik olarak daha güçlüdür.
Kristal osilatörlerde, kristal iki metal plaka arasında uygun şekilde kesilip monte edilir (Şekil 1a). Kristal, Şekil 1b'de gösterildiği gibi, bir seri RLC devresi gibi davranır. Bu devre, aşağıdaki bileşenlerden oluşur:
Düşük değerli bir direnç RS
Yüksek değerli bir endüktör LS
Küçük değerli bir kapasitör CS
Bu bileşenler, elektrotların kapasitesi Cp ile paralel olacaktır.
Cp'nin varlığı nedeniyle, kristal iki farklı frekansla rezonans yapar:
Serili Rezonans Frekansı, fs bu, serili kapasite CS ve serili indüktör LS ile rezonans yaptığında gerçekleşir. Bu aşamada, kristal impedansı en düşük olur ve bu nedenle geri beslemenin miktarı en fazladır. Matematiksel ifadesi şu şekildedir:
Paralel Rezonans Frekansı, fp bu, LSCS bacağındaki reaktans, paralel kapasitör Cp ile eşit olduğunda gerçekleşir. Bu an, kristal impedansının en yüksek olduğu ve bu nedenle geri beslemenin en az olduğu zamandır. Matematiksel ifadesi şu şekildedir:
Kapasitörün davranışı, fS altında ve fp üzerinde kapasitif olacaktır. Ancak, fS ve fp arasındaki frekanslar için, kristalın davranışı indüktif olacaktır. Ayrıca, frekans paralel rezonans frekansı fp ile eşit olduğunda, LS ve Cp arasındaki etkileşim, paralel LC tank devresini oluşturur. Bu nedenle, bir kristal, seri ve paralel ayarlanmış rezonans devrelerinin bir kombinasyonu olarak görülebilir. Bu nedenle, devre bu iki frekanslardan biri için ayarlanmalıdır. Ayrıca, fp fs’den daha yüksek olacaktır ve ikisi arasındaki yakınlık, kullanılan kristalin kesimi ve boyutlarına bağlı olacaktır.
Kristal osilatörler, kristalın seri rezonans modunda düşük impedansa sahip olduğu (Şekil 2a) ve anti-rezonans veya paralel rezonans modunda yüksek impedansa sahip olduğu (Şekil 2b) şekilde devreye bağlanarak tasarlanabilir.
Gösterilen devrelerde, dirençler R1 ve R2 gerilim bölen ağı oluştururken, emiter direnci RE devreyi istikrarlaştırır. Ayrıca, CE (Şekil 2a) bir AC geçiş kapasörü olarak çalışırken, kupleme kapasörü CC (Şekil 2a) toprak ve baz terminalleri arasında DC sinyal yayılmasını engeller.
Sonra, Şekil 2b'de C1 ve C2 kapasitörleri kapasitif gerilim bölen ağını oluşturur. Ayrıca, devrelerde (her iki Şekil 2a ve 2b'de de) bir Radyo Frekans Bobini (RFC) bulunmaktadır. Bu bobin, hem DC bias sağlar hem de devre çıkışının güç hatlarındaki AC sinyalinden etkilenmemesini sağlar.
Devreye güç verildiğinde,
