Bir Kristal nasıl çalışır?

Spesifik olarak, bir 2pin ve 4pin kuvars kristali osilatörü.

Bildiklerim: akım uygulanır ve kristal salınım sinyali sağlamak için salınır.

Bilmek istediğim şey: Titreşim nasıl salınım akımına neden olur? 2/4pin kristalleri nasıl farklıdır? Son olarak, neden bir 4pin tek başına koşuyor ve 2pin de kapasitörlere ihtiyaç duyuyor.

İki pim sahip cihazlar da (örneğin, bir şekilde bir osilatör devresi kullanılabilecek rezonatörler (kristal) vardır, osilatörler değildir oscillato Pierce r) ve doğru devre ile kullanıldığında işaretlenmiş frekansında salınım (ya da yakınında) olacaktır . Aşağıda gösterilen Pierce osilatör devresi iki kapasitör (yük kapasitörleri, C1 / C2), kristal (X1) ve bir amplifikatör (U1) kullanır.

Dört pimlerle cihazlar , bir rezonatör ile salınır aktif devre dahil olmak üzere tam devrelerdir. Güç gerektirirler ve işaretli frekansta (veya yakınında) kare dalga veya sinüs dalga çıkışı üretirler.

Kapasitörlü kristaller gibi davranan üç pimli (seramik) rezonatörler de vardır .

Kristallerin (ve seramik rezonatörlerin) çalışmasının şekli, şekil bozulduğunda bir voltaj üreten piezoelektrik malzemeden yapılmış olmalarıdır. Uygulanan voltaj şekil olarak bozulmaya neden olur. Kristal, istenen frekansta fiziksel olarak rezonansa giren (bir ayar çatalı veya bir zil gibi) bir şekle dönüştürülür . Bu, kristalin bir filtre gibi hareket edeceği anlamına gelir - istediğiniz frekansı uyguladığınızda, titreştiğinde yüksek bir empedans gibi görünecek ve biraz farklı frekanslarda daha kayıplı olacaktır. Bir yükselticinin geri besleme devresine konulduğunda salınım kendi kendine devam eder. Çok daha ve biraz matematik, burada .

Bir kristalin minik bir zil olduğunu düşünüyorsanız, bunu görmek kolaydır, eğer minik bir çekiçle vurursanız, tıpkı büyük bir zil sesiyle küçük bir vurguyla vurursanız, saf bir tonla çalar çekiç.

Kristalin yaptığı tam olarak budur, ancak püf noktası, vurduğunuzda elektrik yapan ve elektrikle şok ettiğinizde şeklini değiştiren piezoelektrik malzemeden yapılmış olmasıdır .

Sürekli o saf zil sesini üretmek için, tıpkı bir salıncakta sizi iten biri gibi çalışan bir amplifikatöre bağlanır, böylece bir dönüşün zirvesini biraz geçtiğinizde sizi itecek Bir sonraki için geri döndüğünden emin ol.

Kristalin piezoelektrik yapısı, amplifikatör çıkışı bir elektrik sinyali ile "bastırdığında" ve ardından amplifikatörün gitmesine izin verdiğinde, kristal geri yaylanır ve "beni it" diyen kendi sinyalini üretir ve gönderir. amplifikatörün bir başka itme üretmesi ve döngüyü sonsuza dek yeniden üretmesi için tam doğru zamanda amplifikatörün girişine.

Peki kristalin salınımına neden olan şey nedir?

Gürültü, ses.

Her yerde gürültü var ve her zaman her şeye çarpan zilyonlarca küçük çekiç gibi.

Bu gürültünün bir kısmı kristali vurur ve amplifikatöre bağlandığında ve gürültü darbelerinden biraz çalmaya başladığında, amplifikatör kristalin fiziksel zil tonundan (frekansı) elektrik sinyalini alır, oluşturur ve gönderir Kristali geri. Bu, kristal şeklini daha da arttırır, kristalin şekli geri döndüğünde, sistem sürekli salınan ve kararlı olana kadar amplifikatöre daha büyük bir sinyal gönderir.

Bir kristal kendi kendine salınmaz. Siz sadece güç uygulamıyor ve salınımları ortadan kaldırmıyorsunuz. Bir kristali çok kesin ve keskin bir frekans filtresi olarak düşünün. Bir amplifikatörün geri besleme yoluna doğru şekilde koyarsınız ve devrenin kristalin rezonans frekansında salınmasına neden olur. Salınımlara sebep olan devre. Kristal, ayarlanmış olan dışındaki tüm frekansları öldürür, bu da devrenin kristal frekansında salınması için yeterli toplam döngü kazanımına izin verir.

Rezonans frekanslarının altındaki kristaller çoğunlukla kapasitif görünür. Rezonans frekanslarının üstünde, çoğunlukla endüktif görünürler. Rezonans frekanslarında çoğunlukla dirençli görünürler.

Pierce osilatörünü üç kez yeniden çizerek kristali bu bileşenlerden biriyle değiştirin. Nasıl çalıştığını anlamanıza yardımcı olabilir.

Paralel rezonans kristalleri aslında temel frekansın altında bir miktar belirtilir. Bu kristalin öngörülen frekansta biraz kapasitif görünmesini sağlar. Ek kapasite, osilatörün çalışmasına ve çalışmasına yardımcı olmak için bir miktar ek faz kayması ekler.

Amplifikatörün girişi kristalin temeline yakın daha büyük bir sinyal görür (dirençli, tipik olarak 100 Ohm ESR altında). Küçük frekans dışı sinyaller azalır veya engellenir, bu nedenle temel frekanstaki bir sinyal güçlenir (yükseltildikten sonra) ve baskın hale gelir.

Birisini salıncakta it. Ne kadar zorlarsanız çalışın, salıncak gerçekten sadece bazı temel frekanslarda ileri geri hareket edecektir.

Suyun yüzeyi olarak bir kristal düşünün. Şimdi bu yüzey boyunca dalgalanmalar (dalgalar) gönderin. Dalgalar, yüzeyi yukarı ve aşağı hareket ettirerek, yüzeyi etkin şekilde büker. Kristal de titreştikçe kıvrılıyor.

Bükülme, bir kuvars kristaline bir elektrik alanın uygulanmasıyla meydana gelebilir, ancak ayrıca bükülmenin kendisi kristal kafesde karşıt bir elektrik alanı oluşturur. İstirahatte bu kuvvetler dengelenir ve kristalin yükü yoktur.

Elinizle titremesi daha kolay: 12x1 inç cetvel veya 6x4 fit kontrplak mı? Açıkçası, daha küçük cetvel daha hızlı titreşebilir!

Kristaller aynıdır. Boyutları rezonans frekanslarını belirler; daha küçük ve / veya daha ince kristaller daha hızlı titreşir. Kristalin temel frekansını da sınırlayan şey de budur: kristaller, mekanik işlemeyle veya yüksek frekanslarda kimyasal aşındırma ile doğru şekilde işlenemeyecek kadar küçük veya ince olur.

Gerçekten düşük frekanslarda, kristaller o kadar büyük veya kalın olurlar ki onları bükmek için çok fazla güç harcar; Bu nedenle, düşük frekanslı 32.768 kHz zamanlama kristalleri için bir ayar çatal kristal tasarımı kullanılır.

Kristaller aslında birden fazla frekansta salınım yapabilir. Bunlar, temelin katları üzerindeki üst tonlardır, ancak temelden daha zayıf olma eğilimindedirler. Bir kristalin bir üst tonda, tipik olarak üçüncü veya beşinci sırada salınmasına neden olacak bir devre tasarlamak mümkündür. Genellikle 40 MHz üzerindeki kristaller, temel değil 3. veya 5. ton için tasarlanmıştır, bu nedenle satın almadan önce özellikleri dikkatlice okuyun!