Circuito e funzionamento dell'oscillatore in cristallo

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Un oscillatore a cristallo è un circuito oscillatore elettronico che viene utilizzato per la risonanza meccanica di un cristallo vibrante di materiale piezoelettrico. Creerà un segnale elettrico con una determinata frequenza. Questa frequenza è comunemente usata per tenere traccia del tempo, ad esempio gli orologi da polso sono usati nei circuiti integrati digitali per fornire un segnale di clock stabile e anche usati per stabilizzare le frequenze per trasmettitori e ricevitori radio. Il cristallo di quarzo viene utilizzato principalmente negli oscillatori a radiofrequenza (RF). Il cristallo di quarzo è il tipo più comune di risuonatore piezoelettrico , nei circuiti degli oscillatori, li stiamo usando così è diventato noto come oscillatori a cristallo. Gli oscillatori a cristallo devono essere progettati per fornire una capacità di carico.

Esistono diversi tipi di oscillatori circuiti elettronici che sono in uso sono cioè: oscillatori lineari - oscillatore Hartley, oscillatore a spostamento di fase, oscillatore Armstrong, oscillatore Clapp, Oscillatore Colpitts . Oscillatori di rilassamento: oscillatore Royer, oscillatore ad anello, multivibratore e Oscillatore controllato in tensione (VCO). Presto parleremo in dettaglio degli oscillatori a cristallo come il funzionamento e le applicazioni di un oscillatore a cristallo.




Cos'è un cristallo di quarzo?

Un cristallo di quarzo mostra una proprietà molto importante nota come effetto piezoelettrico. Quando la pressione meccanica viene applicata attraverso le facce del cristallo, una tensione che è proporzionale alla pressione meccanica appare attraverso il cristallo. Quella tensione provoca la distorsione nel cristallo. La quantità distorta sarà proporzionale alla tensione applicata e anche una tensione alternata applicata a un cristallo farà vibrare alla sua frequenza naturale.

Circuito di cristalli di quarzo

Circuito di cristalli di quarzo



La figura seguente rappresenta il file simbolo elettronico di un risonatore a cristalli piezoelettrici e anche di un cristallo di quarzo in un oscillatore elettronico che consiste di resistore, induttore e condensatori.

Schema del circuito dell'oscillatore a cristallo

La figura sopra è un nuovo oscillatore a cristalli di quarzo da 20psc da 16 MHz ed è un tipo di oscillatori a cristallo, che funziona con una frequenza di 16 MHz.

Oscillatore di cristallo

Oscillatore di cristallo

In genere, transistor bipolari o FET vengono utilizzati nella costruzione di circuiti oscillatori a cristallo. Questo è perché amplificatore operazionale Possono essere utilizzati in diversi circuiti di oscillatori a bassa frequenza che sono inferiori a 100 KHz ma operativi amplificatori non hanno la larghezza di banda per funzionare. Sarà un problema alle frequenze più alte che sono abbinate ai cristalli che sono superiori a 1MHz.


Per superare questo problema è stato progettato l'oscillatore a cristallo Colpitts. Funzionerà a frequenze più alte. In questo oscillatore, il Circuito serbatoio LC che fornisce le oscillazioni di feedback è stato sostituito da un cristallo di quarzo.

Schema del circuito dell

Schema del circuito dell'oscillatore a cristallo

Oscillatore di cristallo funzionante

Il circuito dell'oscillatore a cristallo di solito funziona secondo il principio dell'effetto piezoelettrico inverso. Il campo elettrico applicato produrrà una deformazione meccanica su alcuni materiali. Pertanto, utilizza la risonanza meccanica del cristallo vibrante, che è realizzata con un materiale piezoelettrico per generare un segnale elettrico di una particolare frequenza.

Di solito, gli oscillatori a cristalli di quarzo sono altamente stabili, sono costituiti da un fattore di buona qualità (Q), sono di piccole dimensioni e sono economicamente correlati. Quindi, i circuiti dell'oscillatore a cristalli di quarzo sono più superiori rispetto ad altri risonatori come circuiti LC, diapason. Generalmente in Microprocessori e Micro controllori stiamo usando un oscillatore a cristallo da 8MHz.

L'equivalente circuito elettrico descrive anche l'azione cristallina del cristallo. Basta guardare lo schema del circuito elettrico equivalente mostrato sopra. I componenti di base utilizzati nel circuito, induttanza L rappresenta la massa cristallina, la capacità C2 rappresenta la conformità e C1 è usato per rappresentare la capacità che si forma a causa dello stampaggio meccanico del cristallo, resistenza R rappresenta l'attrito della struttura interna del cristallo, lo schema circuitale dell'oscillatore al quarzo è costituito da due risonanze come la risonanza in serie e quella in parallelo, ovvero due frequenze di risonanza.

Oscillatore di cristallo funzionante

Oscillatore di cristallo funzionante

La risonanza in serie si verifica quando la reattanza prodotta dalla capacità C1 è uguale e opposta alla reattanza prodotta dall'induttanza L. Fr e fp rappresentano rispettivamente le frequenze di risonanza in serie e parallele, e i valori di 'fr' e 'fp' possono essere determinati utilizzando le seguenti equazioni mostrate nella figura sotto.

Il diagramma sopra descrive un circuito equivalente, grafico grafico per frequenza di risonanza, formule per frequenze di risonanza.

Usi di Crystal Oscillator

In generale, sappiamo che, nella progettazione di microprocessori e microcontrollori, gli oscillatori a cristallo vengono utilizzati per fornire i segnali di clock. Ad esempio, consideriamo 8051 microcontrollori , in questo particolare controller un circuito oscillatore a cristallo esterno funzionerà con 12MHz che è essenziale, anche se questo microcontrollore 8051 (basato sul modello) è in grado di funzionare a 40 MHz (max) deve fornire 12MHz nella maggior parte dei casi perché per un il ciclo macchina 8051 richiede 12 cicli di clock, in modo da fornire una frequenza di ciclo effettiva da 1MHz (prendendo 12MHz di clock) a 3,33MHz (prendendo il massimo di 40MHz clock). Questo particolare oscillatore a cristallo che ha una frequenza di ciclo da 1 MHz a 3,33 MHz viene utilizzato per generare impulsi di clock necessari per la sincronizzazione di tutte le operazioni interne.

Applicazione di Crystal Oscillator

Esistono varie applicazioni per l'oscillatore a cristallo in vari campi e alcune delle applicazioni dell'oscillatore a cristallo sono fornite di seguito

Applicazione dell'oscillatore in cristallo Colpitts

Oscillatore Colpitts viene utilizzato per generare un segnale di uscita sinusoidale a frequenze molto alte. Questo oscillatore può essere utilizzato come i diversi tipi di sensori come sensori di temperatura A causa del dispositivo SAW che stiamo usando nel circuito Colpitts, rileva direttamente dalla sua superficie.

Colpitts Crystal Oscillator

Colpitts Crystal Oscillator

Le applicazioni degli oscillatori Colpitts riguardano principalmente dove viene utilizzata l'ampia gamma di frequenze. Utilizzato anche in condizioni di oscillazione continua e non smorzata. Utilizzando alcuni dispositivi nel circuito Colpitts, possiamo ottenere una maggiore stabilità della temperatura e alta frequenza.

Colpitts utilizzato per lo sviluppo di comunicazioni mobili e comunicazioni radio.

Applicazioni dell'oscillatore in cristallo Armstrong

Questo circuito era popolare fino agli anni '40. Questi sono ampiamente utilizzati nei ricevitori radio rigenerativi. In quell'ingresso, il segnale a radiofrequenza dall'antenna è accoppiato magneticamente nel circuito del serbatoio attraverso un avvolgimento aggiuntivo e il feedback viene ridotto per ottenere il controllo nel circuito di feedback. Infine, produce un filtro e un amplificatore a radiofrequenza a banda stretta. In questo oscillatore a cristallo, il circuito risonante LC viene sostituito con loop di feedback.

Oscillatore in cristallo Armstrong

Oscillatore in cristallo Armstrong

In ambito militare e aerospaziale

Per il sistema di comunicazione efficiente, gli oscillatori di cristallo vengono utilizzati in ambito militare e aerospaziale. Il sistema di comunicazione è quello di stabilire e per lo scopo di navigazione e guerra elettronica nei sistemi di guida

In ricerca e misurazione

Gli oscillatori a cristallo sono utilizzati nella ricerca e misura per la navigazione celeste e lo scopo di inseguimento spaziale, nei dispositivi medici e negli strumenti di misura.

Applicazioni industriali dell'oscillatore a cristallo

Esistono molte applicazioni industriali dell'oscillatore a cristallo. Sono ampiamente utilizzati nei computer, nella strumentazione, nei sistemi digitali, nei sistemi ad anello ad aggancio di fase, nei modem, nella marina, nelle telecomunicazioni, nei sensori e anche nelle unità disco.

L'oscillatore a cristalli viene utilizzato anche nel controllo del motore, dell'orologio e del computer di bordo, nello stereo e nei sistemi GPS. Questa è un'applicazione automobilistica.

Gli oscillatori a cristallo sono utilizzati in molti beni di consumo. Ad esempio, sistemi di televisione via cavo, videocamere, personal computer, giocattoli e videogiochi, telefoni cellulari, sistemi radio. Questa è l'applicazione consumer di Crystal Oscillator.

Si tratta di ciò che è un file Oscillatore di cristallo , funziona e Applicazioni. Riteniamo che le informazioni fornite in questo articolo siano utili per una migliore comprensione di questo concetto. Inoltre, qualsiasi domanda riguardante questo articolo o qualsiasi aiuto nell'implementazione progetti elettrici ed elettronici , puoi avvicinarci commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, qual è la funzione principale dell'oscillatore a cristallo?

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