Obwód i działanie oscylatora kwarcowego

Obwód i działanie oscylatora kwarcowego

Oscylator kwarcowy to elektroniczny obwód oscylatora, który jest używany do rezonansu mechanicznego wibrującego kryształu z materiału piezoelektrycznego. Stworzy sygnał elektryczny o określonej częstotliwości. Częstotliwość ta jest powszechnie używana do śledzenia czasu, na przykład zegarki na rękę są używane w cyfrowych układach scalonych w celu zapewnienia stabilnego sygnału zegarowego, a także do stabilizacji częstotliwości nadajników i odbiorników radiowych. Kryształ kwarcu jest używany głównie w oscylatorach o częstotliwości radiowej (RF). Kryształ kwarcu jest najpowszechniejszym rodzajem rezonator piezoelektryczny , w obwodach oscylatorów, używamy ich, więc stało się znane jako oscylatory kwarcowe. Oscylatory kwarcowe muszą być zaprojektowane tak, aby zapewnić pojemność obciążenia.



Istnieją różne typy oscylatorów elektroniczne obwody w użyciu są to: oscylatory liniowe - oscylator Hartley, oscylator z przesunięciem fazowym, oscylator Armstronga, oscylator Clappa, Oscylator Colpittsa . Oscylatory relaksacyjne - oscylator Royer, oscylator pierścieniowy, multiwibrator i Oscylator sterowany napięciem (VCO). Wkrótce omówimy szczegółowo oscylatory kwarcowe, takie jak działanie i zastosowania oscylatora kwarcowego.


Co to jest kryształ kwarcu?

Kryształ kwarcu wykazuje bardzo ważną właściwość znaną jako efekt piezoelektryczny. Kiedy mechaniczny nacisk jest przyłożony do ścianek kryształu, na kryształ pojawia się napięcie, które jest proporcjonalne do ciśnienia mechanicznego. To napięcie powoduje zniekształcenie kryształu. Zniekształcona wielkość będzie proporcjonalna do przyłożonego napięcia, a także napięcia przemiennego przyłożonego do kryształu, który wprawia w drgania z częstotliwością drgań własnych.





Obwód kryształu kwarcu

Obwód kryształu kwarcu

Poniższy rysunek przedstawia symbol elektroniczny piezoelektrycznego rezonatora kwarcowego, a także kryształu kwarcu w oscylatorze elektronicznym, który składa się z rezystora, cewki indukcyjnej i kondensatorów.



Schemat obwodu oscylatora kwarcowego

Powyższy rysunek przedstawia nowy, kwarcowy oscylator kwarcowy 16 MHz o mocy 20 psc i jest to jeden z rodzajów oscylatorów kwarcowych, które pracują z częstotliwością 16 MHz.

Oscylator kwarcowy

Oscylator kwarcowy

Ogólnie, tranzystory bipolarne lub FET są używane w konstrukcji obwodów oscylatora kwarcowego. To dlatego, że wzmacniacz operacyjny s mogą być używane w różnych obwodach oscylatorów o niskiej częstotliwości, które są poniżej 100 kHz, ale działają wzmacniacze nie mają przepustowości do działania. Będzie to problem przy wyższych częstotliwościach, które są dopasowane do kryształów powyżej 1 MHz.


Aby rozwiązać ten problem, zaprojektowano oscylator kwarcowy Colpittsa. Będzie działać na wyższych częstotliwościach. W tym oscylatorze Obwód zbiornika LC który zapewnia oscylacje sprzężenia zwrotnego został zastąpiony kryształem kwarcu.

Schemat obwodu oscylatora kwarcowego

Schemat obwodu oscylatora kwarcowego

Praca oscylatora kwarcowego

Obwód oscylatora kwarcowego zwykle działa na zasadzie odwrotnego efektu piezoelektrycznego. Przyłożone pole elektryczne spowoduje mechaniczne odkształcenie niektórych materiałów. W ten sposób wykorzystuje rezonans mechaniczny wibrującego kryształu, który jest wykonany z materiału piezoelektrycznego do generowania sygnału elektrycznego o określonej częstotliwości.

Zwykle oscylatory kwarcowe są bardzo stabilne, mają dobry współczynnik jakości (Q), są małe i są powiązane ekonomicznie. W związku z tym obwody oscylatora kwarcowego są lepsze w porównaniu z innymi rezonatorami, takimi jak obwody LC, widełki stroikowe. Ogólnie w Mikroprocesory i mikrokontrolery używamy oscylatora kwarcowego 8 MHz.

Ekwiwalent obwód elektryczny opisuje również działanie kryształu. Wystarczy spojrzeć na równoważny schemat obwodu elektrycznego pokazany powyżej. Podstawowe komponenty zastosowane w obwodzie, indukcyjność L reprezentuje masę kryształu, pojemność C2 reprezentuje podatność, a C1 jest używany do reprezentowania pojemność który powstaje w wyniku mechanicznego formowania kryształu, odporność R reprezentuje tarcie w strukturze wewnętrznej kryształu. Schemat obwodu oscylatora kwarcowego składa się z dwóch rezonansów, takich jak rezonans szeregowy i równoległy, tj. Dwie częstotliwości rezonansowe.

Praca oscylatora kwarcowego

Praca oscylatora kwarcowego

Rezonans szeregowy występuje, gdy reaktancja wytwarzana przez pojemność C1 jest równa i przeciwna do reaktancji wytwarzanej przez indukcyjność L. Fr i fp reprezentują odpowiednio szeregowe i równoległe częstotliwości rezonansowe, a wartości `` fr '' i `` fp '' można określić za pomocą następujące równania pokazane na poniższym rysunku.

Powyższy schemat przedstawia obwód zastępczy, wykres dla częstotliwości rezonansowej, wzory dla częstotliwości rezonansowych.

Zastosowania oscylatora kwarcowego

Generalnie wiemy, że przy projektowaniu mikroprocesorów i mikrokontrolerów do dostarczania sygnałów zegarowych wykorzystywane są oscylatory kwarcowe. Rozważmy na przykład 8051 mikrokontrolerów , w tym konkretnym kontrolerze zewnętrzny obwód oscylatora kwarcowego będzie działał z częstotliwością 12 MHz, co jest niezbędne, mimo że ten mikrokontroler 8051 (oparty na modelu) jest w stanie pracować z częstotliwością 40 MHz (maks.), w większości przypadków musi zapewnić 12 MHz, ponieważ dla cykl maszyny 8051 wymaga 12 cykli taktowania, tak aby zapewnić efektywną częstotliwość taktowania przy 1 MHz (przy zegarze 12 MHz) do 3,33 MHz (przy maksymalnym taktowaniu 40 MHz). Ten konkretny oscylator kwarcowy, który ma częstotliwość taktowania od 1 MHz do 3,33 MHz, jest używany do generowania impulsów zegara, które są wymagane do synchronizacji wszystkich operacji wewnętrznych.

Zastosowanie oscylatora kwarcowego

Istnieją różne zastosowania oscylatora kwarcowego w różnych dziedzinach, a niektóre zastosowania oscylatora kwarcowego podano poniżej

Zastosowanie oscylatora kwarcowego Colpittsa

Oscylator Colpittsa służy do generowania sinusoidalnego sygnału wyjściowego przy bardzo wysokich częstotliwościach. Ten oscylator może być używany jako różne typy czujników, takich jak czujniki temperatury Dzięki urządzeniu SAW, którego używamy w obwodzie Colpittsa, wyczuwa ono bezpośrednio z jego powierzchni.

Oscylator kwarcowy Colpittsa

Oscylator kwarcowy Colpittsa

Zastosowania oscylatorów Colpitts dotyczą głównie przypadków wykorzystania szerokiego zakresu częstotliwości. Używany również w niewytłumionych i ciągłych warunkach oscylacji. Korzystając z niektórych urządzeń w obwodzie Colpittsa, możemy osiągnąć większą stabilność temperatury i wysoką częstotliwość.

Colpitts służył do rozwoju komunikacji mobilnej i komunikacji radiowej.

Zastosowania oscylatora kryształowego Armstrong

Ten tor był popularny do lat czterdziestych XX wieku. Są one szeroko stosowane w regeneracyjnych odbiornikach radiowych. Na tym wejściu sygnał o częstotliwości radiowej z anteny jest magnetycznie sprzężony z obwodem zbiornika przez dodatkowe uzwojenie, a sprzężenie zwrotne jest redukowane w celu uzyskania kontroli w pętli sprzężenia zwrotnego. Wreszcie wytwarza wąskopasmowy filtr częstotliwości radiowej i wzmacniacz. W tym oscylatorze kwarcowym obwód rezonansowy LC zastąpiono pętlami sprzężenia zwrotnego.

Oscylator kryształowy Armstrong

Oscylator kryształowy Armstrong

W wojsku i lotnictwie

W celu zapewnienia wydajnego systemu komunikacji oscylatory kwarcowe są używane w wojsku i lotnictwie. Plik system komunikacji jest ustanowienie i dla celów nawigacji i wojny elektronicznej w systemach naprowadzania

W badaniach i pomiarach

Oscylatory kwarcowe są wykorzystywane w badaniach i pomiarach do nawigacji na niebie i do celów śledzenia kosmosu, w urządzeniach medycznych i przyrządach pomiarowych.

Przemysłowe zastosowania oscylatora kwarcowego

Istnieje wiele zastosowań przemysłowych oscylatora kwarcowego. Są szeroko stosowane w komputerach, oprzyrządowaniu, systemach cyfrowych, systemach z pętlą fazową, modemach, marynarce, telekomunikacji, w czujnikach, a także w napędach dyskowych.

Oscylator kwarcowy jest również używany w sterowaniu silnikiem, zegarze i komputerze pokładowym, stereo i systemach GPS. To jest aplikacja motoryzacyjna.

Oscylatory kwarcowe są stosowane w wielu produktach konsumpcyjnych. Na przykład systemy telewizji kablowej, kamery wideo, komputery osobiste, zabawki i gry wideo, telefony komórkowe, systemy radiowe. To jest konsumenckie zastosowanie oscylatora kwarcowego.

Chodzi o to, co jest Oscylator kwarcowy , to działa i Aplikacje. Uważamy, że informacje podane w tym artykule są pomocne dla lepszego zrozumienia tej koncepcji. Ponadto wszelkie pytania dotyczące tego artykułu lub pomoc w implementacji projekty elektryczne i elektroniczne , możesz skontaktować się z nami, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jaka jest główna funkcja oscylatora kwarcowego?

Kredyty fotograficzne: