Il principio di funzionamento dell'oscillatore cristallino

Riepilogo dell'oscillatore a cristallo

L'oscillatore a cristallo si riferisce al wafer tagliato da un cristallo di quarzo secondo un determinato angolo di azimut, risonatore a cristallo di quarzo, indicato come cristallo di quarzo o oscillatore a cristallo;L'elemento a cristallo con IC aggiunto all'interno del pacchetto è chiamato oscillatore a cristallo.I suoi prodotti sono generalmente confezionati in custodie di metallo, ma anche in custodie di vetro, ceramica o plastica.

Principio di funzionamento dell'oscillatore a cristallo

L'oscillatore al cristallo di quarzo è un dispositivo risonante realizzato con l'effetto piezoelettrico del cristallo di quarzo.La sua composizione di base è più o meno la seguente: Da un cristallo di quarzo secondo un certo strato di azimut, rivestito con uno strato d'argento sulle sue due superfici corrispondenti come elettrodi, un filo saldato su ciascun elettrodo è collegato al perno, accoppiato con il guscio del pacchetto costituito un risonatore di cristallo di quarzo, indicato come cristallo di quarzo o cristallo, vibrazione del cristallo.I suoi prodotti sono generalmente confezionati in custodie di metallo, ma anche in custodie di vetro, ceramica o plastica.

Se ai due elettrodi di un cristallo di quarzo viene applicato un campo elettrico, il chip si deforma meccanicamente.Al contrario, se viene applicata una pressione meccanica su entrambi i lati del chip, verrà generato un campo elettrico nella direzione corrispondente del chip.Questo fenomeno fisico è chiamato effetto piezoelettrico.Se ai due poli del chip vengono applicate tensioni alternate, il chip genererà vibrazioni meccaniche, che a loro volta genereranno campi elettrici alternati.

In generale, l'ampiezza della vibrazione meccanica del chip e l'ampiezza del campo elettrico alternato sono molto piccole, ma quando la frequenza della tensione alternata applicata è un valore specifico, l'ampiezza aumenta in modo significativo, molto maggiore di quella di altre frequenze , questo fenomeno è chiamato risonanza piezoelettrica, che è molto simile alla risonanza del circuito LC.La sua frequenza di risonanza è correlata alla modalità di taglio, alla geometria e alle dimensioni del truciolo.

Quando il cristallo non vibra, può essere considerato un condensatore piatto chiamato capacità elettrostatica C, e la sua dimensione è correlata alla dimensione geometrica del chip e all'area dell'elettrodo, generalmente da pochi metodi skin a dozzine di metodi skin .Quando il cristallo oscilla, l'inerzia della vibrazione meccanica equivale all'induttanza L. Generalmente i valori L vanno dalle decine alle centinaia di gradi.L'elasticità del chip può essere equivalente alla capacità C, che è molto piccola, solitamente solo 0,0002 ~ 0,1 picogrammi.La perdita causata dall'attrito durante la vibrazione del wafer è equivalente a R, che ha un valore di circa 100 ohm.Poiché l'induttanza equivalente del chip è molto grande e C è molto piccola, anche R è piccola, quindi il fattore di qualità Q del circuito è molto grande, fino a 1000 ~ 10000. Inoltre, la frequenza di risonanza del chip stesso è fondamentalmente correlato solo alla modalità di taglio, alla geometria e alle dimensioni del chip e può essere eseguito con precisione, in modo che il circuito dell'oscillatore composto da risonatori al quarzo possa ottenere stabilità ad alta frequenza.

I computer sono dotati di un circuito di temporizzazione e, sebbene il termine “orologio” sia comunemente usato per riferirsi a questi dispositivi, in realtà non sono orologi nel senso comune.Potrebbero essere meglio chiamati timer.Il timer di un computer è solitamente un cristallo di quarzo lavorato con precisione che oscilla entro i suoi limiti di tensione a una frequenza che dipende da come viene tagliato il cristallo stesso e dalla tensione a cui è sottoposto.Ad ogni cristallo di quarzo sono associati due registri, un contatore ed un registro di mantenimento.Ogni oscillazione del cristallo di quarzo diminuisce il contatore di uno.Quando il contatore scende a 0, viene generato un interrupt e il contatore ricarica il valore iniziale dal registro di mantenimento.Questo approccio consente di programmare un timer per generare 60 interruzioni al secondo (o a qualsiasi altra frequenza desiderata).Ogni interruzione è chiamata ticchettio dell'orologio.

In termini elettrici, l'oscillatore a cristallo può essere equivalente a una rete a due terminali composta da un condensatore e un resistore in parallelo e un condensatore in serie.Nell'ingegneria elettrica questa rete ha due punti di risonanza, suddivisi in frequenze alte e basse.La frequenza più bassa è la risonanza in serie, mentre la frequenza più alta è la risonanza parallela.Per le caratteristiche del cristallo stesso, la distanza tra le due frequenze è piuttosto ravvicinata.In questo intervallo di frequenza molto ristretto, l'oscillatore a cristallo è equivalente a un induttore, quindi finché le due estremità dell'oscillatore a cristallo sono collegate in parallelo con condensatori appropriati, formerà un circuito di risonanza parallelo.Questo circuito risonante parallelo può essere aggiunto a un circuito di feedback negativo per formare un circuito di oscillazione sinusoidale.Poiché la gamma di frequenza dell'oscillatore a cristallo equivalente all'induttanza è molto stretta, la frequenza di questo oscillatore non cambierà molto anche se i parametri degli altri componenti variano notevolmente.

L'oscillatore a cristallo ha un parametro importante, ovvero il valore della capacità di carico, selezionare la capacità parallela uguale al valore della capacità di carico, può ottenere la frequenza di risonanza nominale dell'oscillatore a cristallo.Il circuito di oscillazione del cristallo di vibrazione generale si trova alle estremità opposte di un amplificatore invertente collegato ai cristalli e ha due capacità che ricevono le estremità dei cristalli, rispettivamente ciascuna capacità sull'altro lato del ricevitore, la capacità dei due condensatori in serie deve essere uguale alla capacità di carico, prestare attenzione ai pin generali dell'IC che hanno la capacità di ingresso equivalente, questo non può essere ignorato.Generalmente, la capacità di carico dell'oscillatore a cristallo è 15 o 12,5 skin.Se si considera la capacità di ingresso equivalente dei pin dei componenti, il circuito di oscillazione dell'oscillatore a cristallo composto da due condensatori skin da 22 è una scelta migliore.