Kristal Osillatator: Shema, chastota va ishlash printsipi

Kristal osilatorlar kristal yuzalariga qo'yilgan alterativ elektr maydoni tufayli kristal natural chastotalarda titreyishga o'tkaziladi. Bu titremalar nihoyatda osillatsiyalarga aylanadi.

Bu osilatorlar adolatli Kristal kristaldan ishlab chiqariladi, chunki Rochelle shori va Tourmalin kabi boshqa substansiyalar ham piezoelektrik effektni ko'rsatadi, lekin kristal murakkablikka solishtirganda arzon, tabiiy ravishda mavjud va mexanik jihatdan kuchli.

Kristal osilatorlarda, kristal mos ravishda kesilib ikki metall plitalar orasiga joylashtiriladi, bu Figure 1a bo'yicha ko'rsatilgan va uning elektr ekvivalenti Figure 1b bo'yicha tasvirlangan. Haqiqiy holda, kristal quyidagi komponentlardan iborat bo'lgan seriya RLC konturi kabi xususiyatlarini ko'rsatadi

1. Past qiymatli omad RS

2. Katta qiymatli induktor LS

3. Kichik qiymatli kondensator CS

bu komponentlar kristalning elektrod kapasitansi Cp bilan paralleldan o'tkaziladi.

Cp ning mavjudligi sababli, kristal ikkita turli chastotada rezonans qiladi, ya'ni,

1. Seriya rezonans chastotasi, fs bu seriya kapasitansi CS seriya induktorni LS bilan rezonans qilayotgan paytda yuz beradi. Bu bosqichda, kristal impedansi eng past bo'lib, shuning uchun feedback miqdori eng katta bo'ladi. Ushbu holat matematik ifodada quyidagicha beriladi
   

2. Paralel rezonans chastotasi, fp o'zgaradi, bu esa LSCS qismning reaktiv impedansi parallel kondensator Cp ning reaktiv impedansiga teng bo'lganda. Ya'ni, LS va CS Cp bilan rezonans qiladi. Bu paytda kristal impedansi eng yuqori bo'ladi va shuning uchun o'rtacha feedback eng kam bo'ladi. Matematik jihatdan bu quyidagicha ifodalash mumkin
   

Kondensatorning xavfsizligi fS dan past va fp dan yuqori bo'lganda kapasitiv bo'ladi. Biroq, fS va fp orasidagi chastotalar uchun kristalning xavfsizligi induktiv bo'ladi. Keyin, chastota paralel rezonans chastotasiga teng bo'lganda, LS va Cp orasidagi ta'sir parallel nafqatlangan LC tank shemasini tashkil etadi. Shuning uchun, kristal seriyali va parallel nafqatlangan rezonans shemalarining kombinatsiyasi sifatida ko'rib chiqilishi mumkin, bu esa bizga ikkisidan birini nafqatlash uchun sharni sozlashimizni talab qiladi. Ko'proqroq, fp fs dan yuqori bo'lishi kerak va ular orasidagi yaqinlik ishlatilayotgan kristalning kesish usuli va o'lchamlari bilan belgilanadi.

Kristal osillyatorlari kristalni seriyadan o'tkazish rejimida (Ris. 2a) ishlatilganda past impedans, parallel rezonans yoki antirezonans rejimida (Ris. 2b) ishlatilganda esa yuqori impedans taqdim etadi.

Ko'rsatilgan shemalarda, omirlar R1 va R2 voltage divider tarmog'ini tashkil etadi, emittor omiri RE shemani stabil qiladi. Davomida, CE (Ris. 2a) AC bo'shatma kondensatori hisoblanadi, koplantir kondensatori CC (Ris. 2a) esa kollektor va baza terminali orasidagi DC signalning tarqalishini cheklash uchun ishlatiladi.

Keyin, kondensatorlar C1 va C2 Ris. 2b holatida kapasitiv voltage divider tarmog'ini tashkil etadi. Shuningdek, radioteknik spiral (RFC) shemalarda (Ris. 2a va 2b) ikki xil foydani taqdim etadi, ya'ni DC biasni ta'minlaydi va shemaning chiqishi energiya liniyalardagi AC signal tomonidan ta'sirga tutilmaydi.

Osillyatorga energiya taqdim etilganda, shemadagi osillatsiyalar amplitudasi oshib boradi, nihoyatda amplifikatorning noqoidaligiga sababchi bo'lgan loop gain birga teng bo'lgan paytgacha.

Stabil hollarga yetkazilganda, feedback loopdagi kristal shemaning ishlash chastotasiga katta ta'sir qiladi. Shundan so'ng, chastota o'z-o'ziga moslashtiriladi, kristal shemaning reaktansini ta'minlash uchun Barkhausen fazaviy talabga javob beradi.

Umumiy holda, kristal osillyatorlarning chastotasi kristalning fundamental yoki xarakterli chastotasiga qulay qilinadi, bu chastota kristalning fizik jihatdan hajmi va shakli bilan belgilanadi.

Aksincha, agar kristal parallel emas yoki teqisiz debessaga ega bo'lsa, unda bir nechta chastotalarda rezonans qilishi mumkin, bu jarayonda garmonikalar hosil bo'ladi.

Davomida, kristal osillyatorlari fundamental chastotaning juft yoki toq garmonikasiga sozlanishi mumkin, mos ravishda Harmonik va Overtone Osillyatorlari deb ataladi.

Masalan, kristalning parallel rezonans chastotasini pasaytirish yoki oshirish uchun kristalga kondensator yoki induktor qo'shilishi mumkin.

Kristal osillyatorlarning tipik ishlash chastota diapazoni 40 KHz dan 100 MHz gacha bo'lib, past chastotali osillyatorlar OpAmps orqali, yuqori chastotali osillyatorlar esa transistorlar (BJTs yoki FETs) orqali ishlab chiqariladi.

Shema tomonidan yaratiladigan nutqallik frekvensiyasi kristalning seriya rezonans frekvensiyasiga qarab aniqlanadi va ta'minot voltajining o'zgarishlari, tranzistor parametrlari va boshqa o'zgaruvchilar tarafdagi ta'sirga omillanmaydi. Natijada, kristal oskilatorlari yuqori Q-ko'phad bilan muvaffaqiyatli ishlaydi, bu esa ularga yuqori frekvensiyali qo'llanmalarda samarali ishlash imkonini beradi.

Omadan, kristalni faqat optimal quvvat bilan haydamlash kerak ekanligiga e'tibor berish kerak. Chunki, agar kristalga juda ko'p quvvat yetkazilsa, kristalda parasitik rezonanslar paydo bo'lishi mumkin, bu esa rezonans frekvensiyasini o'zgarishga sabab bo'ladi.

Bu esa uning faza shovqin xususiyatidagi pasayish orqali chiqish signalining shaklini buzishi mumkin. Shundan tashqari, bu kristalning issiqlikka uchraganligi sababli qurilma (kristal) ni yoyib yuborishiga olib keli oladi.

Kristal oskilatorlari hajm jihatdan kichik va narx jihatdan arzon bo'lgani uchun elektron jang texnikasi tizimlari, aloqa tizimlari, yo'naltirish tizimlari, mikroprotsessorlar, mikrokontrollerlar, kosmik nazorat tizimlari, o'lchov vositalari, tibbiy qurilmalar, kompyuterlar, raqamli tizimlar, uskuna, fazaga bog'langan zanjirlar, modemlar, sensorlar, disk imkoniyatlari, dengiz tizimlari, telekommunikatsiya, dvigatel boshqaruv tizimlari, soatlar, Global Joylashish Tizimlari (GPS), kabel televizyon tizimlari, videograflar, oyinchoqlar, videoya o'ynashlar, radio tizimlari, mobil telefonlar, rejalashtirgichlar va boshqalarida keng qo'llaniladi.

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