Bagaimana cara kerja Crystal?

Secara khusus, osilator kristal kuarsa 2pin dan 4pin.

Yang saya tahu: arus diterapkan dan kristal berosilasi untuk memberikan sinyal berosilasi.

Yang ingin saya ketahui: Bagaimana getaran menyebabkan arus berosilasi? Apa perbedaan 2/4 kristal? Terakhir, mengapa 4pin dapat berjalan sendiri dan 2pin membutuhkan kapasitor.

The perangkat dengan dua pin tidak osilator, mereka resonator (kristal), yang dapat digunakan dalam sebuah rangkaian osilator (seperti Pierce oscillato r), dan jika digunakan dengan sirkuit yang benar akan berosilasi pada (atau dekat) frekuensi ditandai . Sirkuit osilator Pierce, ditunjukkan di bawah, menggunakan dua kapasitor (kapasitor beban, C1 / C2), kristal (X1), dan penguat (U1).

The perangkat dengan empat pin sirkuit lengkap termasuk resonator dan sirkuit aktif yang berosilasi. Mereka membutuhkan daya dan output gelombang persegi atau output gelombang sinus pada (atau dekat) frekuensi yang ditandai.

Ada juga resonator (keramik) dengan tiga pin yang bertindak seperti kristal dengan kapasitor.

Cara kristal (dan resonator keramik) bekerja adalah bahwa mereka terbuat dari bahan piezoelektrik yang menghasilkan tegangan ketika bentuknya terdistorsi. Tegangan yang diberikan akan menyebabkan distorsi bentuk. Kristal dibuat menjadi bentuk yang secara fisik beresonansi (seperti garpu tala atau simbal) pada frekuensi yang diinginkan. Itu berarti bahwa kristal akan bertindak seperti filter - ketika Anda menerapkan frekuensi yang diinginkan, itu akan tampak seperti impedansi tinggi setelah bergetar, dan untuk frekuensi yang sedikit berbeda, itu akan lebih lossy. Ketika dimasukkan ke dalam rangkaian umpan balik dari sebuah penguat, osilasi akan mandiri. Lebih banyak, dan sedikit matematika, di sini .

Jika Anda menganggap kristal sebagai lonceng kecil, mudah untuk melihat bagaimana, jika Anda memukulnya dengan palu kecil, itu akan berdering dengan nada murni seperti lonceng besar jika Anda menekan lonceng besar dengan lonceng kecil. Palu.

Itulah tepatnya yang dilakukan kristal, tetapi triknya adalah terbuat dari bahan piezoelektrik yang menghasilkan listrik saat dipukul dan berubah bentuk saat Anda menyetrumnya dengan listrik.

Untuk membuatnya menghasilkan nada seperti bel murni terus-menerus, itu terhubung melintasi amplifier yang berfungsi seperti seseorang mendorong Anda pada ayunan sehingga ketika Anda hanya sedikit melewati puncak satu ayunan mereka akan memberi Anda dorongan untuk pastikan kamu kembali untuk yang berikutnya.

Sifat piezoelektrik kristal menyebabkannya berubah bentuk ketika output amplifier "mendorong" itu dengan sinyal listrik, dan kemudian ketika amplifier melepaskan, kristal muncul kembali dan menghasilkan sinyal sendiri yang mengatakan "push me", dan mengirimkan ke input penguat pada waktu yang tepat untuk penguat untuk menghasilkan dorongan lain dan membuat ulang siklus, selamanya.

Jadi apa yang membuat kristal mulai berosilasi?

Kebisingan.

Ada kebisingan di mana-mana, dan itu seperti zillions palu kecil memukul semuanya sepanjang waktu.

Beberapa suara itu mengenai kristal, dan ketika itu dihubungkan ke amplifier dan mulai berdering sedikit dari suara itu, amplifier mendapatkan sinyal listrik dari nada dering fisik frekuensi (frekuensi), membangunnya, dan mengirimkannya kembali ke kristal. Itu membuat kristal berubah bentuk bahkan lebih, mengirim sinyal yang lebih besar kembali ke amplifier ketika bentuk kristal muncul kembali, sampai sistem berosilasi terus menerus dan stabil.

Kristal tidak terombang-ambing dengan sendirinya. Anda tidak hanya menerapkan daya dan mengeluarkan osilasi. Pikirkan kristal sebagai filter frekuensi yang sangat akurat dan tajam. Anda meletakkannya di jalur umpan balik dari amplifier dengan cara yang benar, dan itu menyebabkan rangkaian berosilasi pada frekuensi resonansi kristal. Ini sirkuit yang menyebabkan osilasi. Mereka kristal membunuh semua frekuensi kecuali yang disetel untuk itu, yang hanya memungkinkan gain loop keseluruhan yang cukup untuk sirkuit berosilasi pada frekuensi kristal.

Kristal di bawah frekuensi resonansi mereka sebagian besar tampak kapasitif. Di atas frekuensi resonansi mereka, mereka kebanyakan tampak induktif. Pada frekuensi resonansi mereka, mereka tampak kebanyakan resistif.

Gambarkan osilator Pierce tiga kali, ganti kristal dengan salah satu komponen itu. Ini dapat membantu Anda memahami cara kerjanya.

Kristal resonansi paralel sebenarnya ditentukan sedikit di bawah frekuensi dasar. Ini membuat kristal tampak sedikit kapasitif pada frekuensi yang ditentukan. Kapasitansi tambahan menambahkan sedikit pergeseran fase tambahan untuk membantu osilator memulai dan menjalankan.

Input amplifier melihat sinyal yang lebih besar di dekat fundamental kristal (resistif, biasanya di bawah 100 Ohms ESR). Sinyal off-frequency yang lebih kecil dikurangi atau diblokir, sehingga sinyal pada frekuensi fundamental tumbuh lebih kuat (setelah diamplifikasi) dan mendominasi.

Dorong seseorang pada ayunan. Tidak peduli seberapa keras Anda mencoba, ayunan itu hanya akan bergerak bolak-balik pada beberapa frekuensi mendasar.

Bayangkan sebuah kristal sebagai permukaan air. Sekarang kirim riak (gelombang) di permukaan itu. Riak menggerakkan permukaan ke atas dan ke bawah, secara efektif menekuk permukaan. Kristal juga membungkuk saat bergetar.

Membungkuk dapat disebabkan oleh menerapkan medan listrik ke kristal kuarsa, tetapi juga lentur itu sendiri menciptakan medan listrik yang berlawanan dalam kisi kristal. Saat istirahat, kekuatan-kekuatan ini seimbang, dan kristal tidak memiliki muatan.

Mana yang lebih mudah bergetar dengan tangan Anda: penggaris kayu berukuran 12x1 inci, atau selembar kayu lapis 6x4? Jelas penguasa yang lebih kecil dapat bergetar lebih cepat!

Kristalnya sama. Dimensi mereka menentukan frekuensi resonansi mereka; kristal yang lebih kecil dan / atau lebih tipis bergetar lebih cepat. Ini juga yang membatasi frekuensi dasar kristal: kristal menjadi terlalu kecil atau terlalu tipis untuk diproses secara akurat dengan pemesinan mekanis atau etsa kimia pada frekuensi yang lebih tinggi.

Pada frekuensi yang sangat rendah, kristal menjadi sangat besar atau tebal sehingga membutuhkan terlalu banyak tenaga untuk membuatnya bengkok; karenanya desain garpu tala kristal digunakan untuk kristal timing frekuensi rendah 32,768 kHz.

Kristal sebenarnya dapat berosilasi pada lebih dari satu frekuensi. Ini adalah nada pada banyak fundamental, tetapi mereka cenderung lebih lemah daripada fundamental. Dimungkinkan untuk merancang rangkaian yang menyebabkan kristal berosilasi pada nada tinggi, biasanya yang ketiga atau kelima. Biasanya kristal di atas 40 MHz dirancang untuk nada ke 3 atau 5, bukan yang fundamental, jadi baca spesifikasi sebelum membeli!