Bagaimana cara kerja kristal kuarsa?

Bisakah Anda menjelaskan bagaimana kristal kuarsa bekerja, mungkin dengan skema sederhana dengan hal-hal penting? Saya tahu ini bertindak seperti semacam stabilisator untuk osilator, tetapi tidak lebih dari itu.

Kuarsa adalah bahan piezoelektrik, yang berarti bahwa jika Anda merusaknya secara mekanis, ia mengembangkan muatan pada permukaannya. Demikian pula, jika Anda menempatkan muatan pada permukaannya, itu menyebabkan tekanan mekanis pada kristal. Cara kristal kuarsa manfaat sirkuit adalah bahwa mekanis kristal bertindak seperti garpu tala, dengan frekuensi resonansi alami, dan properti piezoelektrik memungkinkan yang akan digabungkan ke dalam sirkuit elektronik. Karena frekuensi resonansi terutama ditentukan oleh ukuran fisik dan bentuk kuarsa, Anda mendapatkan referensi frekuensi yang jauh kurang sensitif terhadap suhu daripada Anda akan mendapatkan menggunakan sirkuit LC hanya.

Sudah ada dua jawaban bagus, jadi saya hanya akan mencoba memberikan penjelasan berbeda tentang hal yang sama.

Latar Belakang

Jadi, dalam osilator Pierce Anda memiliki sistem digital yang terhubung ke osilator kristal.

Sekarang Anda mungkin telah melihat bagaimana gerbang logika beralih status, dengan waktu naik yang ditentukan. Jika Anda menempatkan setiap waktu ke dalam belajar tentang Kompatibilitas elektromagnetik atau hanya kecepatan tinggi desain digital (buku terbaik yang ada menjadi satu oleh Johnson ), Anda akan belajar bahwa ini bisa dipandang sebagai berbagai frekuensi.

Apa kristal tidak

Ada dua cara untuk melihat apa yang dilakukan kristal, dari domain frekuensi dan dari domain waktu. Saya akan mulai dengan domain frekuensi karena preferensi pribadi. Saya mendorong setiap insinyur listrik tempat saya bekerja untuk berada di rumah dengan domain frekuensi; banyak masalah menjadi sederhana di sini, dan tanggapan yang rumit memiliki makna.

Domain Frekuensi

Dari perspektif domain frekuensi, kristal adalah filter pada frekuensi yang sangat spesifik dengan faktor Q (kualitas) yang sangat tinggi. Ini berarti bahwa dari semua frekuensi yang Anda hasilkan, Anda hanya mengizinkan frekuensi tertentu yang diizinkan kristal.

Domain waktu

Cara lain adalah dengan memikirkan gerbang yang diikat dengan sendirinya. Jika tidak ada apa-apa di sana, itu akan membuat gelombang persegi dengan frekuensi yang sama dengan penundaan, tetapi frekuensi ini tidak terlalu andal, dan juga akan bervariasi berdasarkan banyak parameter manufaktur. Di sinilah kristal mempengaruhinya. Jika kristal memiliki tepi naik ditempatkan di atasnya, itu hanya akan "melewati" sinyal pada frekuensi yang dipilihnya. Tiba-tiba, gelombang persegi 100MHz menjadi gelombang dosa 20MHz karena kristal.

Sebuah pikiran ekstra

Bertanya-tanya mengapa osilator menarik arus sangat banyak? Anda mengisi dan mengeluarkan kapasitansi di sirkuit osilator 20 juta kali per detik. Juga, untuk semua siklus clock banyak transistor di sirkuit Anda melakukan hal yang sama. jika Anda tidak memerlukan kecepatan, osilator 32KHz hanya membutuhkan sedikit daya untuk mikrokontroler.

Beri tahu saya jika saya bisa lebih jelas.

Dari Wikipedia :

Kristal osilator memiliki dua piring konduktif listrik, dengan sepotong atau garpu tala kristal kuarsa terjepit di antara mereka. Selama startup, rangkaian di sekitar kristal berlaku sinyal suara AC acak untuk itu, dan murni secara kebetulan, sebagian kecil dari kebisingan akan berada di frekuensi resonansi kristal. kristal karena itu akan mulai berosilasi selaras dengan sinyal itu. Sebagai osilator menguatkan sinyal yang keluar dari kristal, sinyal di pita frekuensi kristal ini akan menjadi lebih kuat, akhirnya mendominasi output dari osilator. Pita resonansi sempit kristal kuarsa menyaring semua frekuensi yang tidak diinginkan.

Saya suka menyebutkan beberapa fitur tambahan - yang agak penting -:

• Kuarsa dapat dioperasikan secara seri maupun operasi resonansi paralel (namun, kedua frekuensi resonansi cukup dekat satu sama lain);

• Dalam beberapa aplikasi (khususnya untuk osilator berbasis transistor seperti tipe Pierce) kuarsa digunakan BUKAN sebagai sirkuit resonan tetapi sebagai induktor berkualitas tinggi .