Принцип роботи цисталічного осцилятора

Короткий зміст кварцевого генератора

Кристалічний осцилятор відноситься до пластини, вирізаної з кварцового кристала відповідно до певного кута азимута, кварцовий кристалічний резонатор, який називають кварцовим кристалом або кристалічним осцилятором;Кристалічний елемент із мікросхемою, доданою всередину корпусу, називається кристалічним генератором.Її продукція зазвичай упаковується в металеві ящики, а також у скляні, керамічні або пластикові ящики.

Принцип роботи кристалічного генератора

Кварцовий генератор являє собою резонансний пристрій, створений на основі п'єзоелектричного ефекту кристала кварцу.Його основний склад приблизно такий: з кристала кварцу відповідно до певного азимута зрізу, покритого шаром срібла на двох відповідних поверхнях як електроди, зварений свинцевий дріт на кожному електроді, з’єднаний зі штифтом, з’єднаним із пакетною оболонкою, утвореною кварцовий кристалічний резонатор, який називається кварцовим кристалом або кристалом, кристалічна вібрація.Її продукція зазвичай упаковується в металеві ящики, а також у скляні, керамічні або пластикові ящики.

Якщо до двох електродів кристала кварцу прикласти електричне поле, мікросхема механічно деформується.І навпаки, якщо механічний тиск прикладено до обох боків мікросхеми, електричне поле буде створено у відповідному напрямку мікросхеми.Це фізичне явище називається п'єзоелектричним ефектом.Якщо до двох полюсів мікросхеми прикладати змінну напругу, мікросхема створюватиме механічні коливання, які, у свою чергу, створюватимуть змінні електричні поля.

Загалом амплітуда механічної вібрації мікросхеми та амплітуда змінного електричного поля дуже мала, але коли частота прикладеної змінної напруги є певним значенням, амплітуда значно збільшується, набагато більше, ніж у інших частот. , це явище називається п'єзоелектричним резонансом, який дуже схожий на резонанс LC-ланцюга.Його резонансна частота залежить від режиму різання, геометрії та розміру стружки.

Коли кристал не вібрує, його можна розглядати як плоский конденсатор, що називається електростатичною ємністю C, і його розмір пов’язаний з геометричним розміром мікросхеми та площею електрода, як правило, приблизно від декількох методів шкіри до десятків методів шкіри .Коли кристал коливається, інерція механічної вібрації еквівалентна індуктивності L. Зазвичай значення L коливаються від десятків до сотень градусів.Еластичність мікросхеми може бути еквівалентна ємності C, яка дуже мала, зазвичай лише 0,0002 ~ 0,1 пікограма.Втрати, викликані тертям під час вібрації пластини, еквівалентні R, яке має значення приблизно 100 Ом.Оскільки еквівалентна індуктивність мікросхеми дуже велика, а C дуже мала, R також мала, тому добротність Q схеми дуже велика, до 1000 ~ 10000. Крім того, резонансна частота самої мікросхеми в основному пов’язаний лише з режимом різання, геометрією та розміром чіпа, і може бути виконаний точно, тому контур генератора, що складається з кварцових резонаторів, може отримати стабільність високої частоти.

Комп’ютери мають схему синхронізації, і хоча термін «годинник» зазвичай використовується для позначення цих пристроїв, насправді вони не є годинниками у звичайному розумінні.Їх краще назвати таймерами.Комп’ютерний таймер – це, як правило, точно оброблений кварцовий кристал, який коливається в межах напруги з частотою, що залежить від того, як розрізано сам кристал і від напруги, якій він піддається.З кожним кристалом кварцу пов’язано два регістри: лічильник і регістр утримання.Кожне коливання кристала кварцу зменшує лічильник на одиницю.Коли лічильник зменшується до 0, генерується переривання, і лічильник перезавантажує початкове значення з регістра утримання.Цей підхід дає змогу запрограмувати таймер на генерацію 60 переривань на секунду (або на будь-якій іншій бажаній частоті).Кожне переривання називається тактом годинника.

З точки зору електрики, кварцевий генератор може бути еквівалентним двополюсній мережі з конденсатора та резистора, з’єднаних паралельно, і конденсатора, з’єднаного послідовно.В електротехніці ця мережа має дві резонансні точки, які поділяються на високі та низькі частоти.Нижча частота — послідовний резонанс, а вища — паралельний.Через характеристики самого кристала відстань між двома частотами досить близька.У цьому дуже вузькому діапазоні частот кварцевий генератор еквівалентний індуктору, тому, поки два кінці кристалічного генератора з’єднані паралельно з відповідними конденсаторами, він утворює паралельний резонансний контур.Цей паралельний резонансний контур можна додати до контуру негативного зворотного зв’язку для формування синусоїдального коливального контуру.Оскільки діапазон частот кварцевого генератора, еквівалентний індуктивності, дуже вузький, частота цього генератора не зміниться значно, навіть якщо параметри інших компонентів сильно відрізняються.

Кристалічний генератор має важливий параметр, тобто значення ємності навантаження, виберіть паралельну ємність, рівну значенню ємності навантаження, щоб отримати номінальну резонансну частоту кварцевого генератора.Коливальний контур кристала загальної вібрації знаходиться на протилежних кінцях інвертувального підсилювача, підключеного до кристалів, мають дві ємності, що приймають кінці кристалів, відповідно кожна ємність на іншій стороні прийому, ємність двох конденсаторів у послідовному значенні повинна бути рівною до ємності навантаження, будь ласка, зверніть увагу на те, що загальні контакти IC мають еквівалентну вхідну ємність, це не можна ігнорувати.Як правило, навантажувальна ємність кристалічного генератора становить 15 або 12,5 скін.Якщо розглядати еквівалентну вхідну ємність контактів компонента, коливальний контур кварцевого генератора, що складається з двох 22 конденсаторів, є кращим вибором.