수정 발진기
오실레이터가 지속적으로 작동 할 때마다 frequency stability영향을받습니다. 빈도에 변화가 있습니다. 발진기의 주파수에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.
- 전원 공급 장치 변형
- 온도 변화
- 부하 또는 출력 저항의 변화
RC 및 LC 발진기에서 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스 값은 온도에 따라 달라 지므로 주파수가 영향을받습니다. 이 문제를 피하기 위해 피에조 전기 크리스탈이 발진기에 사용되고 있습니다.
병렬 공진 회로에서 피에조 전기 크리스탈을 사용하면 발진기에서 고주파 안정성을 제공합니다. 이러한 발진기는 다음과 같이 불립니다.Crystal Oscillators.
수정 발진기
수정 발진기의 원리는 Piezo electric effect. 크리스탈의 자연스러운 모양은 육각형입니다. 크리스탈 웨이퍼가 X 축에 수직 인 커브를 X- 컷이라고하고 Y 축을 따라 절단하면 Y- 컷이라고합니다.
수정 발진기에 사용되는 수정은 피에조 전기적 특성이라는 특성을 나타냅니다. 이제 피에조 전기 효과에 대한 아이디어를 봅시다.
피에조 전기 효과
결정은 결정의 한면에 기계적 응력이 가해지면 결정의 반대면에 전위차가 발생하는 특성을 나타냅니다. 반대로, 전위차가면 중 하나에 적용될 때 다른면을 따라 기계적 응력이 생성됩니다. 이것은Piezo electric effect.
Rochelle 소금, 석영 및 전기석과 같은 특정 결정질 재료는 압전 효과를 나타내며 이러한 재료는 Piezo electric crystals. 석영은 저렴하고 자연에서 쉽게 구할 수 있기 때문에 가장 일반적으로 사용되는 피에조 전기 크리스탈입니다.
피에조 전기 크리스탈이 적절한 교류 전위를 받으면 기계적으로 진동합니다. 기계적 진동의 진폭은 교류 전압의 주파수가 크리스탈의 고유 주파수와 같을 때 최대가됩니다.
석영 크리스탈의 작동
결정이 전자 회로에서 작동하도록하기 위해 결정은 커패시터 형태로 두 개의 금속판 사이에 배치됩니다. Quartz저렴하면서도 가용성과 강한 특성 때문에 가장 많이 사용되는 크리스탈 유형입니다. AC 전압은 크리스탈에 병렬로 적용됩니다.
Quartz Crystal의 회로 배열은 다음과 같습니다.
AC 전압이인가되면 크리스탈은인가 된 전압의 주파수에서 진동하기 시작합니다. 그러나인가 전압의 주파수를 수정의 고유 주파수와 동일하게하면resonance발생하고 크리스탈 진동이 최대 값에 도달합니다. 이 고유 주파수는 거의 일정합니다.
크리스탈의 등가 회로
등가의 전기 회로로 결정을 표현하려고한다면, 진동과 진동하지 않는 두 가지 경우를 고려해야합니다. 아래 그림은 각각 크리스탈의 기호 및 전기 등가 회로를 나타냅니다.
위의 등가 회로는 커패시턴스 C m 과 병렬로 직렬 RLC 회로로 구성됩니다 . AC 소스에 장착 된 크리스탈이 진동하지 않는 경우 정전 용량 C m 과 동일합니다 . 크리스탈이 진동하면 조정 된 RLC 회로처럼 작동합니다.
주파수 응답
크리스탈의 주파수 응답은 다음과 같습니다. 그래프는 리액턴스 (X L 또는 X C ) 대 주파수 (f)를 보여줍니다 . 크리스탈은 두 개의 밀접한 간격의 공진 주파수를 가지고 있음이 분명합니다.
첫 번째 는 인덕턴스 (L)의 리액턴스가 커패시턴스 C의 리액턴스와 같을 때 발생 하는 직렬 공진 주파수 (f s )입니다.이 경우 등가 회로의 임피던스는 저항 R과 같습니다. 진동의 빈도는 관계식으로 주어집니다.
$$ f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$
두 번째 는 RLC 분기의 리액턴스가 커패시터 Cm 의 리액턴스와 같을 때 발생 하는 병렬 공진 주파수 (f p ) 입니다. 이 주파수에서 수정은 외부 회로에 매우 높은 임피던스를 제공하고 발진 주파수는 관계에 의해 제공됩니다.
$$ f_p = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {L.C_T}} $$
어디
$$ C_T = \ frac {C C_m} {(C + C_m)} $$
C의 값 m은 C. 비교 따라서, C의 값이 일반적으로 매우 큰 T가 (즉, F, 병렬 공진 주파수와 동일한 대략 C 같고, 따라서, 직렬 공진 주파수는 대략 S F = P ).
수정 발진기 회로
크리스털 오실레이터 회로는 크리스털 제어 튜닝 콜렉터 오실레이터, 콜 피츠 크리스털 오실레이터, 클랩 크리스털 오실레이터 등과 같은 다양한 방식으로 구성 될 수 있습니다. transistor pierce crystal oscillator가장 일반적으로 사용되는 것입니다. 이것은 일반적으로 수정 발진기 회로라고하는 회로입니다.
다음 회로도는 트랜지스터 피어스 수정 발진기의 배열을 보여줍니다.
이 회로에서 크리스탈은 컬렉터에서베이스까지 피드백 경로에서 직렬 요소로 연결됩니다. 저항은 R 1 R, 2 및 R E는 전압 분배기 안정된 DC 바이어스 회로를 제공한다. 캐패시터 C E가 이미 터 저항 및 RFC (고주파 초크)의 출력 신호에 영향을 미치는 전력선상의 교류 신호를 분리하는 동안 코일은 DC 바이어스를 제공의 AC 바이 패스를 제공한다. 커플 링 커패시터 C는 회로 작동 주파수에서 무시할 수있는 임피던스를 갖습니다. 그러나 컬렉터와베이스 사이의 모든 DC를 차단합니다.
진동의 회로 주파수는 수정의 직렬 공진 주파수에 의해 설정되며 그 값은 관계식으로 제공됩니다.
$$ f_o = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$
공급 전압, 트랜지스터 소자 파라미터 등의 변화는 크리스털에 의해 안정화 된 회로 작동 주파수에 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있습니다.
장점
수정 발진기의 장점은 다음과 같습니다.
- 그들은 높은 수준의 주파수 안정성을 가지고 있습니다.
- 크리스탈의 품질 계수 (Q)는 매우 높습니다.
단점
수정 발진기의 단점은 다음과 같습니다.
- 그들은 깨지기 쉬우 며 저전력 회로에서 사용할 수 있습니다.
- 진동 주파수는 눈에 띄게 변경할 수 없습니다.
발진기의 주파수 안정성
오실레이터는 회로 작동을 위해 더 부드럽고 깨끗한 사인파 출력을 갖기 위해 변동없이 더 오랜 기간 동안 주파수를 유지할 것으로 예상됩니다. 따라서 주파수 안정성이라는 용어는 정현파이든 비 사인파이든 오실레이터의 경우 매우 중요합니다.
오실레이터의 주파수 안정성은 오실레이터가 가능한 한 긴 시간 간격에 필요한 주파수를 일정하게 유지하는 능력으로 정의됩니다. 이 주파수 안정성에 영향을 미치는 요인에 대해 논의 해 보겠습니다.
작동 점 변경
우리는 이미 트랜지스터 매개 변수를 접하고 작동 점이 얼마나 중요한지 배웠습니다. 증폭 용 회로 (BJT 또는 FET)에 사용되는 트랜지스터에 대한이 동작 지점의 안정성은 더 높은 고려 사항입니다.
사용되는 활성 장치의 작동은 특성의 선형 부분이되도록 조정됩니다. 이 지점은 온도 변화로 인해 이동하므로 안정성에 영향을줍니다.
온도 변화
발진기 회로의 탱크 회로에는 저항, 커패시터 및 인덕터와 같은 다양한 주파수 결정 구성 요소가 포함되어 있습니다. 모든 매개 변수는 온도에 따라 다릅니다. 온도 변화로 인해 값이 영향을받습니다. 이것은 발진기 회로의 주파수 변화를 가져옵니다.
전원 공급으로 인해
공급되는 전력의 변화는 주파수에도 영향을 미칩니다. 전원 공급 장치의 변동은 V cc 의 변동으로 이어집니다 . 이것은 생성 된 진동의 주파수에 영향을 미칩니다.
이를 방지하기 위해 조정 된 전원 공급 시스템이 구현됩니다. 이를 간단히 RPS라고합니다. 조절 된 전원 공급 장치에 대한 자세한 내용은 ELECTRONIC CIRCUITS 자습서의 전원 공급 장치 섹션에서 명확하게 논의되었습니다.
출력 부하의 변화
출력 저항 또는 출력 부하의 변동은 발진기의 주파수에도 영향을 미칩니다. 부하가 연결되면 탱크 회로의 유효 저항이 변경됩니다. 결과적으로 LC 튜닝 회로의 Q 계수가 변경됩니다. 이로 인해 발진기의 출력 주파수가 변경됩니다.
요소 간 정전 용량의 변화
요소 간 정전 용량은 다이오드 및 트랜지스터와 같은 PN 접합 재료에서 발생하는 정전 용량입니다. 이들은 작동 중에 존재하는 전하로 인해 개발됩니다.
소자 간 커패시터는 온도, 전압 등 다양한 이유로 인해 변경됩니다.이 문제는 문제가되는 소자 간 커패시터에 늪지대 커패시터를 연결하여 해결할 수 있습니다.
Q의 가치
오실레이터에서 Q (품질 계수) 값은 높아야합니다. 튜닝 된 오실레이터의 Q 값이 선택성을 결정합니다. 이 Q는 튜닝 된 회로의 주파수 안정성에 정비례하므로 Q 값을 높게 유지해야합니다.
주파수 안정성은 수학적으로 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
$$ S_w = d \ theta / dw $$
여기서 dθ는 공칭 주파수 f r 의 작은 주파수 변화에 대해 도입 된 위상 편이 입니다. (dθ / dw)의 큰 값을 제공하는 회로는 더 안정적인 발진 주파수를 갖습니다.