Un oscilator cu cristal este un circuit oscilator electronic care este utilizat pentru rezonanța mecanică a unui cristal vibrant din material piezoelectric. Acesta va crea un semnal electric cu o frecvență dată. Această frecvență este utilizată în mod obișnuit pentru a ține evidența timpului, de exemplu ceasurile de mână sunt utilizate în circuitele digitale integrate pentru a furniza un semnal de ceas stabil și, de asemenea, utilizate pentru stabilizarea frecvențelor pentru emițătoare și receptoare radio. Cristalul de cuarț este utilizat în principal în oscilatoare cu frecvență radio (RF). Cristalul de cuarț este cel mai comun tip de rezonator piezoelectric , în circuitele oscilatoare, le folosim astfel încât a devenit cunoscut sub numele de oscilatoare de cristal. Oscilatoarele de cristal trebuie să fie proiectate pentru a asigura o capacitate de încărcare.

Există diferite tipuri de oscilatoare circuite electronice care sunt utilizate sunt și anume: oscilatoare liniare - oscilator Hartley, oscilator cu schimbare de fază, oscilator Armstrong, oscilator Clapp, Oscilator Colpitts . Oscilatoare de relaxare - oscilator Royer, oscilator Ring, multivibrator și Oscilator controlat de tensiune (VCO). În curând vom discuta în detaliu despre oscilatoarele de cristal, cum ar fi funcționarea și aplicațiile unui oscilator de cristal.

Ce este un cristal de cuarț?

Un cristal de cuarț prezintă o proprietate foarte importantă cunoscută sub numele de efect piezoelectric. Când presiunea mecanică este aplicată pe fețele cristalului, o tensiune care este proporțională cu presiunea mecanică apare pe cristal. Această tensiune provoacă distorsiuni în cristal. Cantitatea distorsionată va fi proporțională cu tensiunea aplicată și, de asemenea, o tensiune alternativă aplicată unui cristal pe care îl face să vibreze la frecvența sa naturală.

Circuit de cristal de cuarț

Figura de mai jos reprezintă simbol electronic a unui rezonator de cristal piezoelectric și, de asemenea, cristal de cuarț într-un oscilator electronic care constă din rezistor, inductor și condensatori.

Diagrama circuitului oscilatorului de cristal

Figura de mai sus este un nou oscilator cu cristale cuarț de 16 MHz de 20 ps și este un fel de oscilatoare de cristal care funcționează cu o frecvență de 16 MHz.

Oscilator de cristal

În general, tranzistoare bipolare sau FET-urile sunt utilizate în construcția circuitelor de oscilator Crystal. Asta pentru ca amplificator operațional Pot fi utilizate în diferite circuite oscilatoare cu frecvență joasă, care sunt sub 100 KHz, dar funcționale amplificatoare nu aveți lățimea de bandă pentru a funcționa. Va fi o problemă la frecvențele mai mari, care sunt potrivite cu cristale care sunt peste 1 MHz.

Pentru a depăși această problemă este proiectat oscilatorul de cristal Colpitts. Acesta va funcționa la frecvențe mai mari. În acest oscilator, Circuitul rezervorului LC care oferă oscilațiile de feedback a fost înlocuit de un cristal de cuarț.

Diagrama circuitului oscilatorului de cristal

Oscilatorul de cristal funcționează

Circuitul oscilatorului de cristal funcționează de obicei pe principiul efectului piezoelectric invers. Câmpul electric aplicat va produce o deformare mecanică pe unele materiale. Astfel, utilizează rezonanța mecanică a cristalului vibrant, care este realizată cu un material piezoelectric pentru a genera un semnal electric cu o anumită frecvență.

De obicei, oscilatoarele cu cristale de cuarț sunt foarte stabile, constau dintr-un factor de bună calitate (Q), au dimensiuni reduse și sunt legate economic. Prin urmare, circuitele oscilatoare cu cristale de cuarț sunt mai superioare comparativ cu alte rezonatoare, cum ar fi circuitele LC, furcile de reglare. În general în Microprocesoare și microcontrolere folosim un oscilator de cristal de 8 MHz.

“Schema de conectare a regulatorului de tensiune cu 3 fire ”

Echivalentul circuit electric descrie, de asemenea, acțiunea cristalină a cristalului. Uitați-vă doar la schema electrică echivalentă prezentată în cele de mai sus. Componentele de bază utilizate în circuit, inductanţă L reprezintă masa cristalină, capacitatea C2 reprezintă conformitatea și C1 este folosit pentru a reprezenta capacitatea care se formează datorită turnării mecanice a cristalului, rezistenţă R reprezintă fricțiunea structurii interne a cristalului, Diagrama circuitului oscilatorului cu cristal de cuarț constă din două rezonanțe, cum ar fi rezonanța serie și paralela, adică două frecvențe rezonante.

Oscilatorul de cristal funcționează

Rezonanța serie apare atunci când reactanța produsă de capacitatea C1 este egală și opusă reactanței produse de inductanța L. Fr și fp reprezintă frecvențe rezonante în serie și respectiv, iar valorile „fr” și „fp” pot fi determinate folosind următoarele ecuații prezentate în figura de mai jos.

Diagrama de mai sus descrie un circuit echivalent, grafic grafic pentru frecvența de rezonanță, formule pentru frecvențe de rezonanță.

Utilizări ale oscilatorului de cristal

În general, știm că, în proiectarea microprocesoarelor și microcontrolerelor, oscilatoarele de cristal sunt utilizate pentru furnizarea semnalelor de ceas. De exemplu, să luăm în considerare 8051 microcontrolere , în acest controler special, un circuit oscilator de cristal extern va funcționa cu 12 MHz, ceea ce este esențial, chiar dacă acest microcontroler 8051 (bazat pe model) este capabil să funcționeze la 40 MHz (max) trebuie să furnizeze 12 MHz în majoritatea cazurilor, deoarece pentru un ciclul mașinii 8051 necesită 12 cicluri de ceas, astfel încât să ofere o rată de ciclu efectivă la 1MHz (luând ceasul de 12MHz) la 3,33MHz (luând ceasul maxim de 40MHz). Acest oscilator de cristal special, care are o rată de ciclu de la 1 MHz la 3,33 MHz este utilizat pentru a genera impulsuri de ceas care sunt necesare pentru sincronizarea tuturor operațiilor interne.

Aplicarea oscilatorului de cristal

Există diferite aplicații pentru oscilatorul de cristal în diferite domenii, iar unele dintre aplicațiile pentru oscilatorul de cristal sunt prezentate mai jos

Aplicația Colpitts Crystal Oscilator

Oscilator Colpitts este folosit pentru a genera un semnal de ieșire sinusoidală la frecvențe foarte mari. Acest oscilator poate fi folosit ca diferite tipuri de senzori, cum ar fi senzori de temperatură Datorită dispozitivului SAW pe care îl folosim în circuitul Colpitts, îl detectează direct de la suprafața sa.

Oscilator de cristal Colpitts

Aplicațiile oscilatoarelor Colpitts implică în principal unde este utilizată gama largă de frecvențe. De asemenea, este utilizat în condiții de oscilație continuă și neamortizată. Folosind unele dispozitive din circuitul Colpitts, putem obține o stabilitate mai mare a temperaturii și o frecvență ridicată.

Colpitts utilizate pentru dezvoltarea comunicațiilor mobile și a comunicațiilor radio.

Aplicații ale oscilatorului de cristal Armstrong

Acest circuit a fost popular până în anii 1940. Acestea sunt utilizate pe scară largă la receptoarele radio regenerative. În acea intrare, semnalul de frecvență radio de la antenă este cuplat magnetic în circuitul rezervorului printr-o înfășurare suplimentară, iar feedback-ul este redus pentru a obține controlul în bucla de feedback. În cele din urmă, produce un filtru și amplificator de frecvență radio cu bandă îngustă. În acest oscilator Crystal, circuitul rezonant LC este înlocuit cu bucle de feedback.

Oscilator de cristal Armstrong

În domeniul militar și aerospațial

Pentru un sistem eficient de comunicare, oscilatoarele de cristal sunt utilizate în domeniul militar și aerospațial. Sistem de comunicatii este de a stabili și în scopul navigației și al războiului electronic în sistemele de ghidare

“sunt generatoare ac sau dc ”

În cercetare și măsurare

Oscilatoarele de cristal sunt utilizate în cercetare și măsurare pentru navigația cerească și pentru urmărirea spațiului, în dispozitivele medicale și în instrumentele de măsurare.

Aplicații industriale ale oscilatorului de cristal

Există multe aplicații industriale ale oscilatorului de cristal. Acestea sunt utilizate pe scară largă în computere, instrumente, sisteme digitale, în sisteme de buclă blocate în fază, modemuri, marine, telecomunicații, în senzori și, de asemenea, în unități de disc.

Crystal Oscillator este, de asemenea, utilizat în controlul motorului, ceasul și declanșarea computerului, stereo și în sistemele GPS. Aceasta este o aplicație pentru automobile.

Oscilatoarele de cristal sunt utilizate în multe bunuri de larg consum. De exemplu, sisteme de televiziune prin cablu, camere video, computere personale, jucării și jocuri video, telefoane celulare, sisteme radio. Aceasta este aplicația pentru consumatori a Crystal Oscilator.

Aici este vorba despre ceea ce este un Oscilator de cristal , funcționează și aplicații. Credem că informațiile furnizate în acest articol vă sunt utile pentru o mai bună înțelegere a acestui concept. În plus, orice întrebări referitoare la acest articol sau orice ajutor în implementare proiecte electrice și electronice , ne puteți aborda comentând în secțiunea de comentarii de mai jos. Iată o întrebare pentru dvs., care este funcția principală a oscilatorului de cristal?

Credite foto: