مدار اسیلاتور کریستال و کار آن چیست؟

یک مدار الکترونیکی یا دستگاه الکترونیکی که برای تولید سیگنال الکترونیکی به صورت دوره ای نوسان استفاده می شود ، به عنوان یک نوسان ساز الکترونیکی خوانده می شود. سیگنال الکترونیکی تولید شده توسط یک نوسان ساز معمولاً موج سینوسی یا موج مربع است. یک نوسان ساز الکترونیکی سیگنال جریان مستقیم را به یک سیگنال جریان متناوب تبدیل می کند. فرستنده های رادیویی و تلویزیونی با استفاده از سیگنال های تولید شده توسط نوسان سازها به صورت گسترده ای ریخته می شوند. صداهای الکترونیکی بوق و صداهای ویدیویی توسط سیگنال های نوسان ساز تولید می شود. این نوسان سازها با استفاده از اصل نوسان سیگنال تولید می کنند.

انواع مختلفی از مدارهای الکترونیکی نوسان ساز مانند نوسان سازهای خطی وجود دارد-اسیلاتور هارتلی ، نوسان ساز فاز ، اسیلاتور آرمسترانگ ، اسیلاتور Clapp ، اسیلاتور کلپیتس ، و غیره ، اسیلاتورهای آرامش بخش-اسیلاتور رویر ، اسیلاتور حلقه ، چند وبریت و غیرهنوسان ساز کنترل شده ولتاژ (VCO). در این مقاله ، اجازه دهید با جزئیات در مورد نوسان ساز کریستال مانند آنچه که کریستال اسیلاتور است ، یک مدار اسیلاتور کریستالی ، کار و استفاده از اسیلاتور کریستالی در مدارهای الکترونیکی بحث کنیم.

اسیلاتور کریستال چیست؟

نوسان ساز کریستال کوارتز

یک مدار الکترونیکی که برای تولید سیگنال الکتریکی فرکانس دقیق با استفاده از رزونانس مکانیکی کریستال ارتعاش ساخته شده از مواد پیزوالکتریک استفاده می شود. انواع مختلفی از تشدید کننده های پیزوالکتریک وجود دارد ، اما به طور معمول ، کریستال کوارتز در این نوع نوسان ساز استفاده می شود. از این رو ، این مدارهای الکترونیکی نوسان ساز به عنوان نوسان سازهای کریستالی نامگذاری شده اند.

نمودار مدار نوسان ساز کریستال

نمودار مدار نوسان ساز کریستال کوارتز را می توان به شرح زیر نشان داد:

نماد الکترونیکی برای طنین انداز کریستال پیزوالکتریک

نمودار فوق نشان دهنده نماد الکترونیکی برای یک تشدید کننده کریستال پیزوالکتریک است که از دو الکترود فلزی شده و کریستال کوارتز تشکیل شده است.

نمودار مدار معادل کریستال کوارتز

شکل فوق نمودار مدار معادل کریستال کوارتز را در یک نوسان ساز الکترونیکی نشان می دهد که از مقاومت ، سلف و خازنی تشکیل شده است که همانطور که در شکل نشان داده شده است متصل می شوند.

اسیلاتور کریستالی کار می کند

اتم ها، مولکول ها، یون ها به ترتیب در سه بعد فضایی با الگوی تکرار شونده بسته بندی می شوند تا جامدی را تشکیل دهند که می توان آن را کریستال نامید. کریستال را می توان تقریباً توسط هر جسمی که از مواد الاستیک ساخته شده است با استفاده از مبدل های الکتریکی مناسب ساخت. از آنجایی که هر جسم از فرکانس تشدید طبیعی ارتعاش تشکیل شده است، فولاد از سرعت بالای صوت تشکیل شده و همچنین بسیار الاستیک است.

بنابراین، فولاد اغلب به جای کوارتز در فیلترهای مکانیکی استفاده می شود. این فرکانس تشدید به پارامترهای مختلفی مانند اندازه، کشش، سرعت صوت و شکل کریستال بستگی دارد. به طور کلی شکل کریستال های فرکانس بالا صفحه مستطیلی ساده و شکل کریستال های فرکانس پایین به شکل چنگال تنظیم است که در شکل زیر نشان داده شده است.

کریستال های صفحه مستطیلی با فرکانس بالا و کریستال های چنگال تنظیم فرکانس پایین

مدار نوسان ساز کریستالی بر اساس اصل اثر پیزوالکتریک معکوس کار می کند، به عنوان مثال، یک تغییر شکل مکانیکی با اعمال یک میدان الکتریکی روی مواد خاص ایجاد می شود. بنابراین، از رزونانس مکانیکی کریستال ارتعاشی که از یک ماده پیزوالکتریک ساخته شده است برای تولید سیگنال الکتریکی با فرکانس خاص استفاده می کند.

این نوسان سازهای کریستال کوارتز بسیار پایدار هستند، از فاکتور کیفیت خوبی تشکیل شده اند، اندازه کوچکی دارند و بسیار مقرون به صرفه هستند. از این رو مدارهای نوسانگر کریستال کوارتز در مقایسه با تشدید کننده های دیگر مانند مدارهای LC، چنگال های تراشکاری و غیره برتری دارند. به طور کلی، نوسانگر کریستالی 8 مگاهرتز در ریزپردازنده ها و میکروکنترلرها استفاده می شود.

مدار الکتریکی معادل نیز عملکرد کریستالی کریستال را نشان می دهد. اجزای اصلی مورد استفاده در مدار، اندوکتانس L1 نشان دهنده جرم کریستال، ظرفیت C1 نشان دهنده انطباق، مقاومت R1 نشان دهنده اصطکاک ساختار داخلی کریستال، و C0 برای نشان دادن ظرفیتی که به دلیل قالب گیری مکانیکی کریستال ایجاد می شود استفاده می شود.

نمودار مدار نوسان ساز کریستال کوارتز از تشدید سری و رزونانس موازی، یعنی دو فرکانس تشدید تشکیل شده است. اگر راکتانس تولید شده توسط خازن C1 برابر و مخالف راکتانس تولید شده توسط اندوکتانس L1 باشد، رزونانس سری رخ می دهد. فرکانس های تشدید سری و موازی به ترتیب با fs و fp نشان داده می شوند و مقادیر fs و fp را می توان با استفاده از معادلات زیر که در شکل زیر نشان داده شده است تعیین کرد.

فرکانس تشدید سری و فرکانس تشدید موازی

بنابراین ، امپدانس تقریباً برابر با مقاومت R1 در این شرایط است. اگر واکنش پاهای رزونانس سریال برابر با واکنش پذیری ناشی از خازن C0 باشد ، رزونانس موازی رخ می دهد. بنابراین ، مدار خارجی در صورت ارائه امپدانس بسیار بالا توسط کریستال در این شرایط.

امپدانس در مقابل نمودار فرکانس

شکل فوق نمودار بین امپدانس و فرکانس مدار اسیلاتور کریستال کوارتز را نشان می دهد. به طور معمول ، نوسان سازهای کریستالی دارای فرکانس از 32kHz تا 200 مگاهرتز هستند.

استفاده از نوسان ساز کریستال

به طور کلی ، ما می دانیم که ، از نوسان سازهای کریستالی در ریز پردازنده ها و میکروکنترلرها برای تهیه سیگنال های ساعت استفاده می شود. بگذارید میکروکنترلر 8051 را در نظر بگیریم که برای آن یک مدار نوسان ساز کریستال خارجی 12 مگاهرتز ضروری است ، حتی اگر (بر اساس مدل) میکروکنترلر 8051 قادر به اجرای 40 مگاهرتز (حداکثر) باشد. 8051 برای یک چرخه دستگاه به 12 چرخه ساعت نیاز دارد ، به گونه ای که برای افزایش نرخ چرخه مؤثر در 1 مگاهرتز (با توجه به ساعت 12 مگاهرتز) به 3. 33 مگاهرتز (با توجه به حداکثر ساعت 40 مگاهرتز). این نوسان ساز کریستالی برای تولید پالس های ساعت مورد نیاز برای هماهنگ سازی کلیه عملیات داخلی استفاده می شود.

برنامه های بیشماری برای اسیلاتور کریستال در زمینه های مختلف وجود دارد و چند برنامه نوسان ساز کریستالی در زیر نشان داده شده است:

استفاده از نوسان ساز کریستال در نظامی و هوافضا

استفاده از نوسان ساز کریستال در نظامی و هوافضا ، ایجاد یک سیستم ارتباطی کارآمد ، برای هدف ناوبری ، جنگ الکترونیکی ، در سیستم های راهنمایی و غیره است.

استفاده از نوسان ساز کریستال در تحقیق و اندازه گیری

اسیلاتور کریستال در تحقیق و اندازه گیری برای ناوبری شستشو ، هدف ردیابی فضا ، در ابزارهای اندازه گیری و وسایل پزشکی و غیره استفاده می شود.

کاربردهای صنعتی نوسان ساز کریستال

تعداد زیادی از کاربردهای صنعتی اسیلاتور کریستالی مانند رایانه ها ، سیستم های دیجیتال ، ابزار دقیق ، سیستم های حلقه قفل شده فاز ، دریایی ، مودم ، سنسورها ، ارتباطات از راه دور ، درایوهای دیسک و غیره وجود دارد.

استفاده از اسیلاتور کریستالی در اتومبیل

اسیلاتور کریستال برای کنترل موتور ، استریو ، ساعت و برای سفر به رایانه و در سیستم GPS استفاده می شود.

کاربردهای مصرف کننده نوسان ساز کریستال

نوسانگرهای کریستالی در بسیاری از کالاهای مصرفی مانند سیستم های تلویزیونی کابلی ، رایانه های شخصی ، دوربین های فیلمبرداری ، اسباب بازی ها و بازی های ویدیویی ، سیستم های رادیویی ، تلفن های همراه و غیره استفاده می شود.

لطفاً به این لینک مراجعه کنید تا بیشتر از نوسان ساز Colpitts MCQS ، Oscillators MCQS استفاده کنید

لطفاً برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد MCQS Crystal Oscillator به این لینک مراجعه کنید

آیا انواع مدارهای نوسان ساز کریستالی را می دانید؟علاوه بر این ، می توان بر اساس نظرات شما که در نظرات زیر ارسال شده است ، کمک فنی ارائه شود.

پستهای اخیر

• IRF840 MOSFET: پیکربندی پین ، مشخصات ، مدار و برنامه های آن
• 2N5457 N- کانال JFET: پیکربندی پین ، مشخصات ، مدار و برنامه های آن
• FDV301N MOSFET: پیکربندی پین ، مشخصات ، مدار و برنامه های آن
• MCP3008 ADC: پیکربندی پین ، مشخصات ، رابط و برنامه های آن
• MSP430 LAUNDPAD: پیکربندی پین ، ویژگی ها ، رابط و برنامه های آن
• ماژول بلوتوث HC-06: پیکربندی پین ، تنظیم ، رابط و برنامه های آن
• ماژول DS3231 RTC: پیکربندی PIN ، مشخصات ، رابط با میکروکنترلر و برنامه های آن
• IRF3205 MOSFET: پیکربندی پین ، مشخصات ، مدار و برنامه های آن
• آلن بردلی PLC: معماری ، کار ، انواع و برنامه های آن
• پردازنده پنتیوم: معماری ، کار ، در مقابل Pentium Pro ، و کاربردهای آن
• preamplifier: مدار ، کار ، انواع ، تفاوت ها و برنامه های آن
• سنسور اشغال: کار ، مدار ، انواع و برنامه های آن