اصل کار نوسانگر سیستالی

خلاصه ای از نوسانگر کریستالی

نوسانگر کریستال به ویفر بریده شده از یک کریستال کوارتز با توجه به زاویه آزیموت مشخص، تشدید کننده کریستال کوارتز اشاره دارد که به عنوان کریستال کوارتز یا نوسانگر کریستال شناخته می شود.عنصر کریستالی با IC اضافه شده در داخل بسته، نوسانگر کریستالی نامیده می شود.محصولات آن به طور کلی در جعبه های فلزی و همچنین در جعبه های شیشه ای، سرامیکی یا پلاستیکی بسته بندی می شوند.

اصل کار نوسانگر کریستالی

نوسان ساز کریستال کوارتز یک دستگاه رزونانس ساخته شده از اثر پیزوالکتریک کریستال کوارتز است.ترکیب اصلی آن تقریباً به شرح زیر است: از یک کریستال کوارتز مطابق با یک برش آزیموت مشخص، که روی دو سطح متناظر آن به عنوان الکترود با لایه نقره پوشانده شده است، یک سیم سربی روی هر الکترود جوش داده شده به پین ​​متصل می شود و با پوسته بسته تشکیل شده است. یک تشدید کننده کریستال کوارتز، که به عنوان کریستال کوارتز یا کریستال، ارتعاش کریستالی شناخته می شود.محصولات آن به طور کلی در جعبه های فلزی و همچنین در جعبه های شیشه ای، سرامیکی یا پلاستیکی بسته بندی می شوند.

اگر میدان الکتریکی به دو الکترود یک کریستال کوارتز اعمال شود، تراشه به صورت مکانیکی تغییر شکل می‌دهد.برعکس، اگر فشار مکانیکی در دو طرف تراشه اعمال شود، یک میدان الکتریکی در جهت مربوط به تراشه ایجاد می شود.این پدیده فیزیکی را اثر پیزوالکتریک می نامند.اگر ولتاژهای متناوب به دو قطب تراشه اعمال شود، تراشه ارتعاشات مکانیکی ایجاد می کند که به نوبه خود میدان های الکتریکی متناوب ایجاد می کند.

به طور کلی، دامنه ارتعاش مکانیکی تراشه و دامنه میدان الکتریکی متناوب بسیار کوچک است، اما زمانی که فرکانس ولتاژ متناوب اعمال شده یک مقدار خاص باشد، دامنه به طور قابل توجهی افزایش می یابد، بسیار بزرگتر از فرکانس های دیگر. ، این پدیده را تشدید پیزوالکتریک می نامند که شباهت زیادی به رزونانس مدار LC دارد.فرکانس تشدید آن به حالت برش، هندسه و اندازه تراشه مربوط می شود.

هنگامی که کریستال ارتعاش نمی کند، می توان آن را به عنوان یک خازن مسطح به نام خازن الکترواستاتیک C در نظر گرفت و اندازه آن به اندازه هندسی تراشه و مساحت الکترود مربوط می شود، به طور کلی در حدود روش پوستی چند تا ده ها روش پوستی است. .هنگامی که کریستال نوسان می کند، اینرسی ارتعاش مکانیکی معادل اندوکتانس L است. به طور کلی، مقادیر L از ده ها تا صدها درجه متغیر است.کشش تراشه می تواند معادل ظرفیت C باشد که بسیار کوچک است، معمولاً فقط 0.0002 ~ 0.1 پیکوگرم.تلفات ناشی از اصطکاک در هنگام ارتعاش ویفر معادل R است که مقدار آن در حدود 100 اهم است.از آنجا که اندوکتانس معادل تراشه بسیار بزرگ است و C بسیار کوچک است، R نیز کوچک است، بنابراین ضریب کیفیت Q مدار بسیار بزرگ است، تا 1000 ~ 10000. علاوه بر این، فرکانس تشدید خود تراشه اساساً فقط به حالت برش، هندسه و اندازه تراشه مربوط می شود و می تواند به طور دقیق انجام شود، بنابراین مدار نوسانگر متشکل از تشدیدگرهای کوارتز می تواند ثبات فرکانس بالایی را به دست آورد.

رایانه‌ها دارای مدار زمان‌بندی هستند و اگرچه اصطلاح «ساعت» معمولاً برای اشاره به این دستگاه‌ها استفاده می‌شود، اما در واقع به معنای معمول ساعت نیستند.بهتر است به آنها تایمر بگویند.تایمر کامپیوتر معمولاً یک کریستال کوارتز با ماشینکاری دقیق است که در محدوده کشش خود با فرکانسی نوسان می کند که بستگی به نحوه برش کریستال و میزان کشش آن دارد.برای هر کریستال کوارتز دو رجیستر وجود دارد، یک شمارنده و یک ثبات نگهدارنده.هر نوسان کریستال کوارتز شمارنده را یک بار کاهش می دهد.هنگامی که شمارنده به 0 کاهش می یابد، یک وقفه ایجاد می شود و شمارنده مقدار اولیه را از ثبات نگهدارنده بارگیری می کند.این رویکرد امکان برنامه ریزی یک تایمر را برای ایجاد 60 وقفه در ثانیه (یا در هر فرکانس دلخواه دیگر) فراهم می کند.هر وقفه را تیک ساعت می گویند.

از نظر الکتریکی، نوسانگر کریستالی می تواند معادل یک شبکه دو ترمینالی خازن و یک مقاومت به صورت موازی و یک خازن به صورت سری باشد.در مهندسی برق این شبکه دارای دو نقطه تشدید است که به فرکانس های بالا و پایین تقسیم می شوند.فرکانس پایین تر رزونانس سری و فرکانس بالاتر تشدید موازی است.با توجه به ویژگی های خود کریستال، فاصله بین دو فرکانس بسیار نزدیک است.در این محدوده فرکانس بسیار باریک، نوسان ساز کریستالی معادل یک سلف است، بنابراین تا زمانی که دو سر نوسان ساز کریستالی با خازن های مناسب به صورت موازی به هم متصل شوند، یک مدار تشدید موازی را تشکیل می دهد.این مدار رزونانس موازی را می توان به یک مدار بازخورد منفی اضافه کرد تا یک مدار نوسان سینوسی تشکیل دهد.از آنجایی که محدوده فرکانس نوسان ساز کریستالی معادل اندوکتانس بسیار باریک است، فرکانس این نوسانگر تغییر چندانی نخواهد داشت حتی اگر پارامترهای سایر اجزاء بسیار متفاوت باشند.

نوسانگر کریستال دارای یک پارامتر مهم است، یعنی مقدار ظرفیت بار، ظرفیت خازن موازی را برابر با مقدار ظرفیت بار انتخاب کنید، می توانید فرکانس رزونانس اسمی نوسانگر کریستالی را دریافت کنید.مدار نوسان کریستال ارتعاش عمومی در انتهای مخالف یک تقویت کننده معکوس متصل به کریستال ها دارای دو خازن دریافت انتهای کریستال ها، به ترتیب هر ظرفیت در طرف دیگر گیرنده، ظرفیت دو خازن در مقدار سری باید برابر باشد. در مورد ظرفیت بار، لطفاً توجه داشته باشید که پین ​​های آی سی به طور کلی دارای ظرفیت ورودی معادل هستند، این را نمی توان نادیده گرفت.به طور کلی، ظرفیت بار اسیلاتور کریستالی 15 یا 12.5 پوست است.اگر ظرفیت ورودی معادل پین های مولفه در نظر گرفته شود، مدار نوسان نوسان ساز کریستالی متشکل از دو خازن پوسته 22 انتخاب بهتری است.