Kristal Osilatörler

Bir osilatör sürekli çalışma altında olduğunda, frequency stabilityetkilenir. Sıklığında değişiklikler oluyor. Bir osilatörün frekansını etkileyen ana faktörler şunlardır:

• Güç kaynağı varyasyonları
• Sıcaklıktaki değişiklikler
• Yük veya çıkış direncindeki değişiklikler

RC ve LC osilatörlerinde direnç, kapasitans ve endüktans değerleri sıcaklığa göre değişir ve dolayısıyla frekans etkilenir. Bu sorunu önlemek için osilatörlerde piezo elektrik kristalleri kullanılmaktadır.

Paralel rezonans devrelerinde piezo elektrik kristallerinin kullanılması, osilatörlerde yüksek frekans kararlılığı sağlar. Bu tür osilatörler şöyle adlandırılırCrystal Oscillators.

Kristal Osilatörler

Kristal osilatörlerin prensibi şunlara bağlıdır: Piezo electric effect. Bir kristalin doğal şekli altıgendir. Bir kristal gofret X eksenine dik açılı olduğunda X-kesim, Y ekseni boyunca kesildiğinde ise Y-kesim olarak adlandırılır.

Kristal osilatörde kullanılan kristal, Piezo elektrik özelliği olarak adlandırılan bir özellik sergiler. Öyleyse piezo elektrik etkisi hakkında bir fikir edelim.

Piezo Elektrik Etkisi

Kristal, kristalin yüzlerinden birine mekanik bir gerilim uygulandığında, kristalin zıt yüzlerinde potansiyel bir fark oluşması özelliğini sergiler. Tersine, yüzlerden birine potansiyel bir fark uygulandığında, diğer yüzler boyunca mekanik bir gerilim üretilir. Bu olarak bilinirPiezo electric effect.

Rochelle tuzu, kuvars ve turmalin gibi belirli kristal malzemeler piezo elektrik etkisi gösterir ve bu tür malzemeler olarak adlandırılır. Piezo electric crystals. Kuvars, pahalı olmadığı ve doğada kolayca bulunabileceği için en yaygın kullanılan piezo elektrik kristalidir.

Bir piezo elektrik kristali uygun bir alternatif potansiyele maruz kaldığında, mekanik olarak titreşir. Mekanik titreşimlerin genliği, alternatif voltajın frekansı kristalin doğal frekansına eşit olduğunda maksimum hale gelir.

Kuvars Kristalinin Çalışması

Bir elektronik devrede bir kristalin çalışması için, kristal bir kapasitör şeklinde iki metal plaka arasına yerleştirilir. QuartzBulunabilirliği ve güçlü doğası nedeniyle ucuz olmakla birlikte en çok kullanılan kristal türüdür. Ac voltajı kristale paralel olarak uygulanır.

Bir Kuvars Kristalinin devre düzeni aşağıda gösterildiği gibi olacaktır -

Bir AC voltajı uygulanırsa, kristal uygulanan voltajın frekansında titreşmeye başlar. Ancak uygulanan gerilimin frekansı kristalin doğal frekansına eşit yapılırsa,resonancegerçekleşir ve kristal titreşimleri maksimum değere ulaşır. Bu doğal frekans neredeyse sabittir.

Bir Kristalin Eşdeğer Devresi

Kristali eşdeğer bir elektrik devresiyle temsil etmeye çalışırsak, iki durumu göz önünde bulundurmalıyız, yani ne zaman titreşip ne zaman titreşmez. Aşağıdaki şekiller, sırasıyla bir kristalin sembolünü ve elektriksel eşdeğer devresini temsil etmektedir.

Yukarıdaki eşdeğer devre bir kapasite Cı paralel bir seri RLC devre oluşur _m . Kristal titreşmiyor AC kaynağına karşı monte edildiği zaman, bu kapasite Cı eşdeğerdir _m . Kristal titreştiğinde, ayarlanmış bir RLC devresi gibi davranır.

Frekans tepkisi

Bir kristalin frekans tepkisi aşağıda gösterildiği gibidir. Grafik, reaktansı (X _L veya X _C ) frekansa (f) karşı gösterir. Kristalin birbirine yakın iki rezonans frekansına sahip olduğu açıktır.

İlki , endüktansın (L) reaktansı C'nin reaktansına eşit olduğunda ortaya çıkan seri rezonans frekansıdır (f _s ). Bu durumda eşdeğer devrenin empedansı R direncine eşittir ve salınım frekansı ilişki ile verilir,

$$ f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$

İkincisi (f paralel rezonans frekansıdır _p RLC dalının reaktans Kapasitör C reaktansına eşit olduğu zaman meydana gelir), _m . Bu frekansta kristal, dış devreye çok yüksek bir empedans sunar ve salınım frekansı ilişki tarafından verilir.

$$ f_p = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {L.C_T}} $$

Nerede

$$ C_T = \ frac {C C_m} {(C + C_m)} $$

Cı-değeri _m C'ye kıyasla Bu nedenle, C değeri genellikle çok büyük _T (yani, f paralel rezonans frekansına eşit yaklaşık C'ye eşit ve dolayısıyla seri rezonans frekansı yaklaşık _s , f = _p ).

Kristal Osilatör Devresi

Bir kristal osilatör devresi, bir Kristal kontrollü ayarlı toplayıcı osilatörü, bir Colpitts kristal osilatörü, bir Clap kristal osilatörü vb. Gibi çeşitli şekillerde inşa edilebilir. transistor pierce crystal oscillatoren yaygın kullanılanıdır. Bu, normalde bir kristal osilatör devresi olarak adlandırılan devredir.

Aşağıdaki devre şeması, bir transistör delme kristal osilatörünün düzenini gösterir.

Bu devrede kristal, kollektörden tabana geri bildirim yolunda seri bir eleman olarak bağlanır. Dirençler R ₁ , R ₂ ve R _E , voltaj bölücü stabilize bir dc öngerilim devresi sağlar. C _E kondansatörü , verici direncinin ac baypasını sağlar ve RFC (radyo frekansı kısma) bobini, güç hatlarındaki herhangi bir ac sinyalinin çıkış sinyalini etkilemesini keserken dc öngerilimi sağlar. Bağlantı kondansatörü C, devre çalışma frekansında ihmal edilebilir empedansa sahiptir. Ancak toplayıcı ile taban arasındaki herhangi bir dc'yi engeller.

Salınımın devre frekansı, kristalin seri rezonans frekansı ile belirlenir ve değeri ilişki ile verilir,

$$ f_o = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$

Besleme voltajındaki, transistör cihaz parametrelerindeki vb. Değişikliklerin, kristal tarafından stabilize edilmiş tutulan devre çalışma frekansı üzerinde hiçbir etkisi olmadığı not edilebilir.

Avantajlar

Kristal osilatörün avantajları aşağıdaki gibidir -

• Yüksek frekans kararlılığına sahiptirler.
• Kristalin kalite faktörü (Q) çok yüksektir.

Dezavantajları

Kristal osilatörün dezavantajları aşağıdaki gibidir -

• Kırılgandırlar ve düşük güç devrelerinde kullanılabilirler.
• Salınımların frekansı önemli ölçüde değiştirilemez.

Osilatörün Frekans Kararlılığı

Bir Osilatörün, devre çalışması için daha düzgün net bir sinüs dalgası çıktısına sahip olması için frekansını herhangi bir değişiklik olmaksızın daha uzun bir süre muhafaza etmesi beklenir. Bu nedenle, frekans kararlılığı terimi, ister sinüzoidal ister sinüzoidal olmayan osilatörler söz konusu olduğunda gerçekten çok önemlidir.

Bir osilatörün frekans kararlılığı, osilatörün mümkün olduğu kadar uzun bir zaman aralığı boyunca gerekli frekansı sabit tutma yeteneği olarak tanımlanır. Bu frekans kararlılığını etkileyen faktörleri tartışmaya çalışalım.

Çalışma noktasında değişiklik

Transistör parametreleriyle zaten karşılaştık ve bir çalışma noktasının ne kadar önemli olduğunu öğrendik. Amplifikasyon devresinde (BJT veya FET) kullanılan transistör için bu çalışma noktasının kararlılığı daha fazla dikkate alınmaktadır.

Kullanılan aktif cihazın çalışması, özelliklerinin doğrusal kısmında olacak şekilde ayarlanır. Bu nokta, sıcaklık değişimlerinden dolayı değişir ve dolayısıyla stabilite etkilenir.

Sıcaklık değişimi

Osilatör devresindeki tank devresi, dirençler, kapasitörler ve indüktörler gibi çeşitli frekans belirleme bileşenleri içerir. Tüm parametreleri sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklıktaki değişimden dolayı değerleri etkilenir. Bu, osilatör devresinin frekansındaki değişikliği getirir.

Güç kaynağı nedeniyle

Sağlanan güçteki değişiklikler de frekansı etkileyecektir. Güç kaynağı değişiklikleri, V _cc'de değişikliklere yol açar . Bu, üretilen salınımların sıklığını etkileyecektir.

Bunu önlemek için düzenlenmiş güç kaynağı sistemi uygulanır. Bu kısaca RPS olarak adlandırılır. Düzenlenmiş güç kaynağının ayrıntıları, ELEKTRONİK DEVRELER eğitiminin güç kaynağı bölümünde açıkça tartışılmıştır.

Çıkış yükünde değişiklik

Çıkış direncindeki veya çıkış yükündeki değişiklikler osilatörün frekansını da etkiler. Bir yük bağlandığında, tank devresinin etkin direnci değişir. Sonuç olarak, LC ayarlı devrenin Q faktörü değiştirilir. Bu, osilatörün çıkış frekansında bir değişikliğe neden olur.

Elemanlar arası kapasitanslardaki değişiklikler

Elementler arası kapasitanslar, diyotlar ve transistörler gibi PN bağlantı malzemelerinde gelişen kapasitanslardır. Bunlar, operasyonları sırasında içlerinde bulunan yük nedeniyle geliştirilmiştir.

Ara eleman kapasitörleri, sıcaklık, voltaj, vb. Gibi çeşitli nedenlerden dolayı değişime uğrar. Bu sorun, sorun yaratan elemanlar arası kapasitör boyunca batırma kapasitörünü bağlayarak çözülebilir.

Q Değeri

Osilatörlerde Q (Kalite faktörü) değeri yüksek olmalıdır. Ayarlanmış osilatörlerde Q'nun değeri seçiciliği belirler. Bu Q, ayarlanmış bir devrenin frekans kararlılığı ile doğru orantılı olduğundan, Q'nun değeri yüksek tutulmalıdır.

Frekans kararlılığı matematiksel olarak şu şekilde temsil edilebilir:

$$ S_w = d \ theta / dw $$

Dθ, nominal frekansta f _r küçük bir frekans değişikliği için ortaya çıkan faz kaymasıdır . Daha büyük (dθ / dw) değeri veren devre daha kararlı salınım frekansına sahiptir.