Krystalový oscilátor je obvod elektronického oscilátoru, který se používá pro mechanickou rezonanci vibračního krystalu piezoelektrického materiálu. Vytvoří elektrický signál s danou frekvencí. Tato frekvence se běžně používá ke sledování času, například náramkové hodinky se používají v digitálních integrovaných obvodech k zajištění stabilního hodinového signálu a také se používají ke stabilizaci frekvencí rádiových vysílačů a přijímačů. Křemenný krystal se používá hlavně v vysokofrekvenčních (RF) oscilátorech. Křemenný krystal je nejběžnějším typem piezoelektrický rezonátor V obvodech oscilátoru je používáme, takže se stal známým jako krystalový oscilátor. Krystalové oscilátory musí být navrženy tak, aby poskytovaly zátěžovou kapacitu.

Existují různé typy oscilátoru elektronické obvody které se používají jsou to zejména: Lineární oscilátory - Hartleyův oscilátor, Oscilátor s fázovým posunem, Armstrongův oscilátor, Clappův oscilátor, Colpittsův oscilátor . Relaxační oscilátory - Royerův oscilátor, kruhový oscilátor, multivibrátor a Napěťově řízený oscilátor (VCO). Brzy budeme podrobně diskutovat o krystalových oscilátorech, jako je práce a aplikace krystalového oscilátoru.

Co je to křemenný krystal?

Křemenný krystal vykazuje velmi důležitou vlastnost známou jako piezoelektrický jev. Když je mechanický tlak aplikován na povrchy krystalu, objeví se napětí, které je úměrné mechanickému tlaku přes krystal. Toto napětí způsobuje zkreslení v krystalu. Zkreslené množství bude úměrné aplikovanému napětí a také střídavému napětí aplikovanému na krystal, který způsobí vibraci na své vlastní frekvenci.

Okruh z křemenného krystalu

Níže uvedený obrázek představuje elektronický symbol piezoelektrického krystalového rezonátoru a také křemenného krystalu v elektronickém oscilátoru, který se skládá z rezistoru, induktoru a kondenzátorů.

Obvodové schéma krystalového oscilátoru

Výše uvedený obrázek je nový 20MHz křemenný krystalový oscilátor o výkonu 16 psc a jedná se o jeden druh krystalových oscilátorů, které pracují s frekvencí 16MHz.

Krystalový oscilátor

Obvykle, bipolární tranzistory nebo FET se používají při konstrukci obvodů oscilátoru Crystal. To je proto, že operační zesilovač s lze použít v různých nízkofrekvenčních obvodech oscilátoru, které jsou pod 100 kHz, ale jsou funkční zesilovače nemají k provozu šířku pásma. To bude problém na vyšších frekvencích, které se shodují s krystaly, které jsou nad 1MHz.

K překonání tohoto problému je navržen krystalický oscilátor Colpitts. Bude to fungovat na vyšších frekvencích. V tomto oscilátoru je Obvod nádrže LC který poskytuje zpětnovazební oscilace, byl nahrazen křemenným krystalem.

Obvodové schéma krystalového oscilátoru

Křišťálový oscilátor pracuje

Obvod krystalového oscilátoru obvykle pracuje na principu inverzního piezoelektrického jevu. Aplikované elektrické pole způsobí mechanickou deformaci napříč některými materiály. Využívá tedy mechanickou rezonanci vibrujícího krystalu, která je vyrobena z piezoelektrického materiálu pro generování elektrického signálu určité frekvence.

Oscilátory z křemenného krystalu jsou obvykle vysoce stabilní, skládají se z kvalitativního faktoru (Q), mají malou velikost a jsou ekonomicky příbuzné. Proto jsou obvody oscilátoru z křemenného krystalu lepší ve srovnání s jinými rezonátory, jako jsou obvody LC, ladičky. Obecně v Mikroprocesory a mikrořadiče používáme 8MHz krystalový oscilátor.

“převodník čtvercové vlny na sinusovou vlnu ”

Ekvivalent elektrický obvod také popisuje krystalovou činnost krystalu. Stačí se podívat na ekvivalentní schéma elektrického obvodu zobrazené výše. Základní komponenty použité v obvodu, indukčnost L představuje krystalovou hmotu, kapacita C2 představuje shodu a C1 se používá k reprezentaci kapacita který vznikl mechanickým formováním krystalu, odpor R představuje tření vnitřní struktury krystalu. Schéma zapojení křemenného krystalového oscilátoru se skládá ze dvou rezonancí, jako je sériová a paralelní rezonance, tj. Ze dvou rezonančních frekvencí.

Křišťálový oscilátor pracuje

Sériová rezonance nastane, když reaktance produkovaná kapacitou C1 je stejná a opačná k reaktanci produkované indukčností L. Fr a fp představují sériové a paralelní rezonanční frekvence a hodnoty 'fr' a 'fp' lze určit pomocí následující rovnice zobrazené na obrázku níže.

Výše uvedený diagram popisuje ekvivalentní obvod, graf pro rezonanční frekvenci, vzorce pro rezonanční frekvence.

Použití krystalového oscilátoru

Obecně víme, že v konstrukci mikroprocesorů a mikrokontrolérů se krystalické oscilátory používají kvůli poskytování hodinových signálů. Uvažujme například 8051 mikrokontrolérů , v tomto konkrétním řadiči bude obvod externího krystalového oscilátoru pracovat s 12 MHz, což je zásadní, i když tento mikrokontrolér 8051 (založený na modelu) je schopen pracovat na 40 MHz (max.), musí ve většině případů poskytovat 12 MHz, protože pro strojový cyklus 8051 vyžaduje 12 taktovacích cyklů, aby bylo možné zajistit efektivní frekvenci 1MHz (při 12MHz taktu) až 3,33MHz (při maximálním taktu 40MHz). Tento konkrétní krystalový oscilátor, který má cyklickou frekvenci od 1 MHz do 3,33 MHz, se používá ke generování hodinových impulzů, které jsou potřebné pro synchronizaci všech vnitřních operací.

Aplikace krystalového oscilátoru

Existuje mnoho aplikací pro krystalový oscilátor v různých oblastech a některé z aplikací krystalového oscilátoru jsou uvedeny níže

Aplikace Colpitts Crystal Oscillator

Colpittsův oscilátor se používá ke generování sinusového výstupního signálu při velmi vysokých frekvencích. Tento oscilátor lze použít jako různé typy senzorů, např teplotní senzory Díky zařízení SAW, které používáme v obvodu Colpitts, snímá přímo z jeho povrchu.

Krystalový oscilátor Colpitts

Aplikace oscilátorů Colpitts zahrnují zejména tam, kde se používá široká škála frekvencí. Používá se také v netlumeném a nepřetržitém stavu kmitání. Použitím některých zařízení v okruhu Colpitts můžeme dosáhnout větší teplotní stability a vysoké frekvence.

Colpitts používané pro rozvoj mobilní komunikace a rádiové komunikace.

Aplikace Armstrong Crystal Oscillator

Tento okruh byl populární až do 40. let 20. století. Ty jsou široce používány v regenerativních rádiových přijímačích. Na tomto vstupu je vysokofrekvenční signál z antény magneticky spojen s obvodem nádrže pomocí dalšího vinutí a zpětná vazba je snížena, aby získala kontrolu ve zpětnovazební smyčce. Nakonec vytváří úzkopásmový vysokofrekvenční filtr a zesilovač. V tomto krystalovém oscilátoru je LC rezonanční obvod nahrazen zpětnovazebními smyčkami.

Armstrong Crystal Oscillator

“aktivní nízkoprůchodový filtr prvního řádu ”

Ve vojenství a letectví

Pro efektivní komunikační systém se krystalové oscilátory používají ve vojenském a leteckém průmyslu. The komunikační systém je zavést pro navigační účely a elektronickou válku v naváděcích systémech

Ve výzkumu a měření

Krystalové oscilátory se používají ve výzkumu a měření pro nebeskou navigaci a sledování vesmíru, ve zdravotnických zařízeních a v měřicích přístrojích.

Průmyslové aplikace krystalového oscilátoru

Existuje mnoho průmyslových aplikací krystalového oscilátoru. Jsou široce používány v počítačích, přístrojích, digitálních systémech, ve fázově uzavřených smyčkových systémech, modemech, lodích, telekomunikacích, v senzorech a také v diskových jednotkách.

Crystal Oscillator se také používá v řízení motoru, hodin a palubního počítače, stereo a v systémech GPS. Toto je aplikace pro automobilový průmysl.

Krystalové oscilátory se používají v mnoha spotřebních výrobcích. Například systémy kabelové televize, videokamery, osobní počítače, hračky a videohry, mobilní telefony, rádiové systémy. Toto je spotřebitelská aplikace Crystal Oscillator.

Jedná se o to, co je Krystalový oscilátor , funguje to a aplikace. Věříme, že informace uvedené v tomto článku jsou užitečné pro lepší pochopení tohoto konceptu. Dále jakékoli dotazy týkající se tohoto článku nebo pomoc při implementaci elektrické a elektronické projekty , můžete nás kontaktovat komentováním v sekci komentářů níže. Zde je otázka, jaká je hlavní funkce krystalového oscilátoru?

Fotografické kredity: