طراحی مدار با نوسانگر کریستالی

نوسان سازهای کریستالی از کریستال کوارتز و گاهی اوقات مخلوطی از مواد دیگر مانند تورمالین و نمک روشل ساخته می شوند. وقتی انرژی را به کریستال اعمال می کنیم، ارتعاشاتی با فرکانس طبیعی ایجاد می کند و هنگامی که ارتعاش را اعمال می کنیم، مقدار کمی انرژی تولید می کند. این اثر پیزوالکتریک کریستال های کوارتز را به عنوان عنصری منحصر به فرد تبدیل می کند. این اثر به ما کمک می کند تا نوسانات ثابتی تولید کنیم. به همین دلیل است که بسیاری از ساعت‌های الکترونیکی، کنترل‌کننده‌های میکرو، میکرو پردازنده‌ها و مدارهایی که نیاز به پالس ساعت دارند از نوسانگر کریستال استفاده می‌کنند. این مقاله به شما در طراحی مدار نوسان ساز کریستالی و درک عملکرد آن کمک می کند.

کریستال کوارتز در محدوده های دمایی مختلف نوسان ثابتی ایجاد می کند و به طور طبیعی در دسترس و ارزان است. در عنصر نوسان ساز کریستالی، کریستال کوارتز بین دو صفحه فلزی سوار می شود و پایانه ها از این صفحات خارج می شوند. نوسانگرهای کریستالی در محدوده فرکانس های مختلف و اندازه های مختلف موجود هستند.

مدار معادل کریستال

همانطور که می دانیم کریستال کوارتز یک نوع انرژی را به انرژی دیگر تبدیل می کند، بنابراین به آن مبدل می گویند. در اینجا نماد نوسانگر کریستالی معمولی و مدار معادل آن آورده شده است.

در اینجا مدار معادل شامل دو بخش است که یکی برای نشان دادن اصطکاک و سختی کریستال کوارتز و دیگری برای نشان دادن ظرفیت موازی صفحات است. مدار سری RLC دارای Rs مقاومت کم ، یک سلف Ls با ارزش بزرگ و یک خازن Cs با ارزش کوچک و همچنین خازن Cp موازی است.

رزونانس سری و موازی

با استفاده از عنصر نوسانگر کریستال می‌توانیم نوسان‌ساز تشدید سری یا نوسان‌ساز تشدید موازی ایجاد کنیم، مقدار فرکانس تشدید حاصل از نوسان‌گر را باید با توجه به مقدار اجزای خارجی محاسبه کنیم.

برای Fs فرکانس تشدید سری، سلف سری Ls با ظرفیت سری Cs تشدید می‌شود و امپدانس کریستالی کمترین مقدار خواهد بود، بنابراین میزان بازخورد زیاد خواهد بود.

برای فرکانس تشدید موازی Fp، راکتانس LsCs برابر با راکتانس Ls و خازن موازی Cp است (Cp با Cs تشدید می‌شود)، و امپدانس کریستال بالاترین و بازخورد کمترین خواهد بود.

نمودار مدار نوسانگر کریستالی

برای ساخت نوسان ساز کریستالی رزونانس سری، عنصر کریستالی و خازن کوپلینگ را بین پایانه های کلکتور و بیس مدار پیکربندی شده امیتر مشترک قرار دهید و می توانیم خروجی نوسانگر را از ترمینال کلکتور بدست آوریم.

برای نوسان ساز کریستالی تشدید موازی، عنصر کریستالی در سرتاسر ترمینال کلکتور و امیتر قرار می گیرد و همچنین خروجی از ترمینال کلکتور گرفته می شود در اینجا ترانزیستور به عنوان امیتر مشترک پیکربندی شده است.

اجزای سوئیچینگ می توانند ترانزیستورهای FET یا MOSFET باشند، اکثر میکروکنترلرها، میکرو پردازنده ها ترمینال خارجی را برای اتصال عنصر کریستالی فراهم می کنند و نیازی به مدار نوسان ساز خارجی نیست. محدوده خاصی از کریستال ها به آی سی های دیجیتال متصل می شوند.