Kristal osilatörler neden RLC devreleri yerine saatlerde kullanılıyor?

Kuvars saatlerin zamanlaması bir kristal osilatör tarafından düzenlenir . Bu kristal osilatör etkili bir şekilde bir RLC devresi oluşturur. Eğer böyleyse, bir kristal osilatörün bir RLC devresi üzerinde avantajlı olmasını sağlayan özellikleri nelerdir?

Kristal osilatörler çok daha doğrudur, küçüktürler, düşük sıcaklık katsayılarına ve düşük maliyetle düşük kaymaya sahiptirler.

Bir kuvars kristali, özellikle kararlı özelliklere sahip mekanik bir rezonatördür. Kuvars çok kararlı bir malzemedir - 'yaşlanmaz' veya sıcaklıkla çok fazla değişmez. Kuvarsın çok saf ve tutarlı özelliklere sahip olması da mümkündür. Kuvars da hafif piezoelektriktir - bir elektrik alanı bir sapmaya neden olur ve bir sapma bir elektrik yükü oluşturur.

Doğru kesildiğinde (kristal eksenleri ile belirli bir yönde) ve doğru monte edildiğinde, mekanik özellikler (temelde sertlik) sıcaklıktan bağımsızdır. Kristal üzerindeki temaslar, mekanik bir titreşimin elektrik yükü oluşturduğu ve doğru bir şekilde (bir amplifikatör ile) yapılandırıldığında, tüm sistemin kararlı bir frekansta rezonansa dönüştürülebileceği anlamına gelir.

Elektriksel olarak bu, benzer özelliklere sahip bir RLC ağı olarak modellenebilir. RLC değerleri şaşırtıcı olabilir - tipik olarak bir fF kapasitans fraksiyonları ve birçok endüktans henry.

Bir kuvars kristali bir RLC devresi olarak modellenebilirken, gerçekte böyle değildir.
Kristalin kesimi ve boyutları, belirli bir frekansta rezonansa neden olur ve bu, ayrı R'lerden, L'lerden ve C'lerden yapılmış bir devreden çok daha doğru bir şekilde belirlenebilir.

Nedeni doğruluktur. Kondansatörler için% 2 çok iyi bir tolerans olarak kabul edilir. İndüktörlerden emin değilim ama benzer olmasını bekliyorum. Dirençler kapasitörlerden veya indüktörlerden daha iyidir, ancak sadece dirençlerle bir osilatör inşa edemezsiniz.

Bu sayıları perspektife koymak için:% 1, saatte 36 saniyeye veya günde 14 dakikaya ve 24 saniyeye eşdeğerdir; bu, bir saat için tamamen kabul edilemez bir doğruluktur.

Deneyimlerime göre, bir osilatörün RLC bileşenlerini değiştirmek yerine bir kristal eklenir . "Eklenmesi" nin nedeni, belirli bir frekansı tek başına RLC bileşenlerini kullanmaktan daha doğru bir şekilde vermektir . Bir kristalin daha fazla doğruluk sağlamasının nedeni, RLC bileşenlerinden ve yüksek Q elektriksel özelliklerinden daha "toleranslara" göre üretilebilmesidir .

Kristal osilatör, devre karmaşıklığı ve birim fiyat açısından ucuzluk özelliklerine sahiptir ve bu da onu bir RLC devresi üzerinde avantajlı hale getirir. RLC devresi daha fazla parça ve ayar gerektirir. Uygun şekilde tasarlandığında ve kalibre edildiğinde, bir RLC saati bir kristal osilatör saati kadar doğrudur. Her şey maliyet ve boyut ile ilgili.