Як працює кристал кварцу?

Не могли б ви пояснити, як працює кварцовий кристал, можливо, з простою схемою основних предметів? Я знаю, що це працює як своєрідний стабілізатор для генератора, але не більше того.

Кварц - це п'єзоелектричний матеріал, а це означає, що якщо механічно його деформувати, він розвиває заряди на його поверхні. Так само, якщо розмістити заряди на його поверхні, це спричиняє механічне напруження в кристалі. Те, як кварцовий кристал приносить користь ланцюгу, полягає в тому, що механічно кристал діє так, як камертон, з природною резонансною частотою, а п'єзоелектрична властивість дозволяє поєднати його в електронному ланцюзі. Оскільки резонансна частота визначається в основному фізичним розміром і формою кварцу, ви отримуєте частотне посилання, яке набагато менш чутливе до температури, ніж ви отримаєте за допомогою лише LC-ланцюгів.

Вже є дві чудові відповіді, тому я просто спробую дати інше пояснення того самого.

Фон

Отже, в генераторі Пірса у вас є цифрова система, підключена до кристалічного генератора.

Тепер ви, напевно, бачили, як логічні ворота перемикають стан із заданим часом підйому. Якщо ви будь-який час дізнаєтесь про електромагнітну сумісність або просто високошвидкісний цифровий дизайн (найкраща книга, що існує у Джонсона ), ви дізнаєтесь, що це можна розглядати як широкий діапазон частот.

Що робить кристал

Існує два способи дивитися на те, що робить кристал, з частотної області та з часової області. Почну з частотної області через особисті переваги. Я підштовхую кожного інженера-електрика, з яким я працюю, щоб він вдома мав частотну область; тут багато проблем стають простими, а складні відповіді мають значення.

Домен частоти

З точки зору частотної області кристал - це фільтр на дуже конкретній частоті з дуже високим коефіцієнтом Q (якості). Це означає, що з усіх цих частот, які ви генеруєте, ви дозволяєте лише ту, яку крізь дозволяє кристал.

Домен часу

Інший спосіб - придумати ворота, прив'язані назад до себе. Якби там нічого не було, це створило б квадратну хвилю з частотою, рівною затримці, але ця частота не є надзвичайно надійною, а також буде змінюватися залежно від багатьох виробничих параметрів. Саме тут впливає кристал. Якщо на кристалі розміщений піднімається край, він буде "пропускати" сигнал лише на тій частоті, яку він вибрав. Раптом квадратна хвиля частотою 100 МГц стає кристалічною хвилею 20 МГц завдяки кристалу.

Трохи зайвої думки

Цікаво, чому осцилятори тягнуть стільки струму? Ви заряджаєте і розряджаєте ємність в ланцюзі генератора 20 мільйонів разів за секунду. Крім того, для всіх тактових циклів багато транзистори у вашій схемі роблять те саме. якщо вам не потрібна швидкість, генератор 32 кГц коштує дуже мало енергії на мікроконтролерах.

Дайте мені знати, чи можу я бути більш зрозумілим.

З Вікіпедії :

Кристал генератора має дві електропровідні пластини з прорізом або камертоном кварцового кристала, просоченим між ними. Під час запуску схема навколо кристала подає на нього випадковий сигнал змінного струму, і, випадково, крихітна частка шуму буде знаходитись на резонансній частоті кристала. Отже, кристал почне коливатися синхронно з цим сигналом. Коли осцилятор підсилює сигнали, що виходять з кристала, сигнали в частотній смузі кристала стануть сильнішими, з часом переважаючи над виходом генератора. Вузька резонансна смуга кристала кварцу фільтрує всі небажані частоти.

Мені хотілося б згадати деякі додаткові - досить важливі - функції:

• Кварцом можна керувати послідовно , а також паралельно резонансною роботою (однак обидві резонансні частоти досить близькі один до одного);

• У деяких сферах застосування (зокрема для транзисторних генераторів типу типу Пірса) кварц використовується НЕ як резонансна схема, а як індуктор високої якості .