اسیلاتور کریستالی (Crystal oscillator)

دسته بندی سایت

پیوند ها

آمار بازدید سایت

آمار بازدید

بازدید امروز : 20
بازدید دیروز : 119
بازدید کل : 1209169

اسیلاتور کریستالی (Crystal oscillator)

یک اسیلاتور کریستالی مداری الکترونیکی است که از رزونانس مکانیکی یک کریستال در حال لرزش پیزوالکتریکی بهره می برد تا سیگنال الکتریکی با فرکانس بسیار دقیقی بوجود آورد. این فرکانس معمولا برای داشتن حسی از زمان (مانند در ساعت های مچی کوارتز) استفاده می شود تا سیگنال ساعتی پایدار برای مدارت مجتمع دیجیتال فراهم کند و نیز فرکانس ها را در فرستنده های رادیویی پایدار (Stable) کند.
استفاده از تقویت کننده و فیدبک فرم دقیقی از یک اسیلاتور الکترونیکی است. به کریستال استفاده شده در آن برخی مواقع "کریستال زمان سنجی (timing crystal)" گفته می شود. در دیاگرام های شماتیکی، گاهی کریستال را با XTAL نمایش می دهند.

فهرست
- کریستال های برای اهداف زمان سنجی
- کریستال ها و فرکانس
- رزونانس سری یا موازی
- فرکانس های ساختگیSpurious frequencies
- یادداشت

کریستال های برای اهداف زمان سنجی

یک کریستال 4MHz کوچک کوارتز که داخل پکیج هم اندازه ی خود (HC-49/US) واقع شده است

یک کریستال جامدی است که در آن اجزای تشکیل دهنده، اتم ها، مولکول ها، یا یون ها در یک ترتیب منظمی بسته بندی شده اند و الگوی تکراری خود را در هر سه بعد فضایی گسترش می دهند.

تقریبا هر چیزی که از مواد الاستیک ساخته شده می تواند مانند کریستال مورد استفاده قرار گیرد، با ترنسدیوسرهای (مبدل ها) متناسب، زیرا تمامی اجسام دارای فرکانس رزونانس طبیعی لرزش هستند. برای مثال، فولاد الستیسیته بالایی دارد و سرعت صوت در آن بالاست. این اغلب در فیلترهای مکانیکی، قبل از کوارتز، استفاده می شد. فرکانس رزونانس به اندازه، شکل، الاستیسیته و سرعت صوت در آن ماده بستگی دارد. کریستال های فرکانس بالا معمولا به شکل صفحه مستطیلی ساده ای بریده می شوند. کریستال های فرکانس پایین، مثل آن هایی که در ساعت های دیجیتالی استفاده می شود، به شکل یک دیاپازون (tuning fork) بریده می شوند. برای کاربردهایی که زمان سنجی بسیار دقیقی نمی خواهند از یک رزونانس کننده سرامیکی ارزان به جای کریستال کوارتز استفاده می شود.

وقتی که یک کریستال کوارتز به طور صحیح بریده و سوار شد، می توانیم با قرار دادن آن در یک میدان الکتریکی (اعمال ولتاژ به الکترودی نزدیک یا روی کریستال) باعث خم شدن آن شویم. این ویژگی به نام پیزوالکتریک بودن (piezoelectricity) معروف است. وقتی میدان برداشته شود، کوارتز با بازگشت به شکل اولیه اش یک میدان الکتریکی تولید می کند که این می تواند یک ولتاژ تولید کند. این رفتار کریستال کوارتز شبیه مداری متشکل از یک سلف، خازن و مقاومت (RLC Circuit) با فرکانس رزونانسی دقیق است.

کوارتز مزیت دیگری نیز دارد و آن کم بودن تغییرات اندازه آن با تغییرات دما است. لذا فرکانس رزونانس صفحه ی مان که به اندازه ی آن وابسته است، تغییر چندانی نمی کند. این یعنی که ساعت کوارتز، فیلتر یا اسیلاتر دقیق خواهد ماند. برای کاربردهای حساس اسیلاتور کوارتز در ظرفی که دمای آن کنترل شده است (به نام اجاق کریستال crystal oven) سوار می شود، و همچنین می تواند روی جذب کننده های ضربه shock absorbers ، که برای جلوگیری از اختلال هایی که ناشی از لرزش های مکانیکی خارجی است، قرار بگیرد.

کریستال های کوارتز زمان سنجی برای فرکانس های از ده ها کیلوهرتز تا ده ها مگاهرتز ساخته می شوند. سالانه بیشتر از دو میلیارد (2×109) کریستال تولید می شود. اکثر آن ها برای استفاده در ساعت های مچی، ساعت ها، و مدارات الکترونیکی هستند. هر چند، کریستال کوارتز داخل ابزارهای تست و اندازه گیری مثل شمارنده ها، سیگنال ژنراتورها و اسیلوسکوپ ها نیز پیدا می شود.

کریستال ها و فرکانس

نماد شماتیک و مدار معادل یک کریستال کوارتز در یک اسیلاتور

مدار اسیلاتور کریستالی نوسان را با گرفتن سیگنال ولتاژی از رزونانس کننده ی کوارتز، تقویت آن و فیدبک کردن آن به رزونانس کننده، نگه می دارد. سرعت خم و راست شدن کوارتز فرکانس رزونانس است و توسط برش اندازه کریستال تعیین می شود.

یک کریستال معمول زمان سنجی از دو صفحه ی رسانا با یک برش (slice) یا دیاپازونی از کریستال کوارتز که بین آنها ساندویچ شده تشکیل شده است. هنگام راه اندازی به مدار حول کریستال سیگنال نویز اتفاقی ac اعمال می شود و کاملا بسته شانس کسر اندکی از آن در فرکانس رزونانس کریستال خواهد بود. بنابراین کریستال شروع به نوسان کردن همگام با آن سیگنال می کند. اسیلاتور سیگنال خروجی از کریستال را تقویت می کند و لذا فرکانس کریستال محکم تر می شود و سرانجام خروجی غالب اسیلاتور را شامل می شود. فرکانس طبیعی در مدار و در کریستال کوارتز تمام فرکانس های ناخواسته را فیلتر می کند.

یکی از مهمترین خصوصیات اسیلاتورهای کریستالی کوارتز این است که نویز در فاز بسیار کمی نشان می دهند. به زبانی دیگر سیگنال تولیدی آن ها یک تون خالص (pure tone) است. این آن ها را در مخابرات پر کاربرد می کند، جایی که سیگنال های پایدار مورد نیاز هستند. و همچنین در وسایل علمی که مرجع دقیق زمانی مورد نیاز است.

فرکانس خروجی یک اسیلاتور کوارتز یا فرکانس اصلی رزونانس آن یا یک ضریبی از فرکانس رزونانس آن به نام فرکانس اور تون (overtone) است.

Q (ضریب کیفیت) معمول برای یک اسیلاتور کوارتز بین 10^4 تا 10^6 تغییر می کند. Q ماکزیمم برای یک اسیلاتور کوارتز بسیار پایدار می تواند به اینگونه تقریب زده شود که f فرکانس رزونانس به MHz است: Q = 1.6 × 107/f

تغییرات محیطی دما، رطوبت، فشار و لرزش می تواند فرکانس رزونانس یک کریستال کوارتز را تغییر دهد اما طراحی های گوناگونی وجود دارند که این اثرهای محیطی را کاهش می دهند. این ها شامل TCXO، MCXO و OCXO هستند مه در یادداشت توضیح داده شده اند. این طرح ها (به ویژه OCXO) وسایلی با پایداری کوتاه مدت عالی ایجاد می کنند. محدودیت هایی که در پایداری کوتاه مدت وجود دارد عمدتا به دلیل نویز اجزای الکترونیکی در مدار اسیلاتور است. پایداری بلند مدت با پیری کریستال محدود می شود.

به دلیل پیری و فاکتورهای محیطی چون دما و لرزش، نگه داشتن فرکانس آنها درون یک از 10^-10 فرکانس نامی آن ها، حتی برای بهترین اسیلاتورهای کوارتز، بدون تنظیم مستمر بسیار سخت خواهد بود. به همین علت اسیلاتورهای اتمی (atomic oscillators) برای کاربردهایی که نیاز به پایداری و دقت بهتری دارند استفاده می شوند.

اگر چه کریستال ها می توانند برای هر فرکانس رزونانسی ساخته شوند، به دلیل محدودیت های فنی، در عمل مهندسان مدار اسیلاتور کریستالی در حوالی فرکانس های استاندارد کمی طراحی می کنند مانند 10MHz، 20MHz و 40MHz. استفاده از مدار های مقسم فرکانس، چند برابر کننده ی فرکانس و phase locked loop برای سنتز کردن (ساختن) هر فرکانس دلخواه از فرکانس مرجع امکان پذیر است.

مراقب باشید و تنها از یک اسیلاتور کریستالی در طراحی مدارات خود استفاده کنید تا از وقوع نمونه های ظریفی از خطاهای خودپایداری در الکترونیک (metastability in electronics) جلوگیری کنید. اگر این ممکن نیست تعداد کریستال اسیلاتورهای مجزا (PLLها) و دامنه های ساعتی متحد با آن های بایستی به شدت کم شوند با تکنیک هایی چون نصف کردن کلاک (Clock) موجود به جای استفاده از یک منبع جدید کریستالی. هر منبع مجزای کریستالی باید دقیقا توجیه شود زیرا هر کدام حالت های خطای محتمل غیر قابل رفعی را به علت برهم کنش چند کریستالی در وسیله، ایجاد می کنند

Series or parallel resonance

A quartz crystal provides both series and parallel resonance. The series resonance is a few kHz lower than the parallel one. Crystals below 30 MHz are generally operated at parallel resonance, which means that the crystal impedance appears infinite. Any additional circuit capacitance will thus pull the frequency down. For a parallel resonance crystal to operate at its specified frequency, the electronic circuit has to provide a total parallel capacitance as specified by the crystal manufacturer.

Crystals above 30 MHz (up to >200 MHz) are generally operated at series resonance where the impedance appears at its minimum and equal to the series resistance. For this reason the series resistance is specified (<100 Ω) instead of the parallel capacitance. For the upper frequencies, the crystals are operated at one of its overtones, presented as being a fundamental, 3rd, 5th, or even 7th overtone crystal. The oscillator electronic circuits usually provides additional LC circuits to select the wanted overtone of a crystal.

Spurious frequencies

For crystals operated in series resonance, significant (and temperature-dependent) spurious responses may be experienced. These responses typically appear some tens of kHz above the wanted series resonance. Even if the series resistances at the spurious resonances appear higher than the one at wanted frequency, the oscillator may lock at a spurious frequency (at some temperatures). This is generally avoided by using low impedance oscillator circuits to enhance the series resistance difference.

Notation

On electrical schematic diagrams, crystals are designated with the class letter "Y" (Y1, Y2, etc.) Oscillators, whether they are crystal oscillators or other, are designated with the class letter "G" (G1, G2, etc.) (See IEEE Std 315-1975, or ANSI Y32.2-1975) On occasion, one may see a crystal designated on a schematic with "X" or "XTAL", or a crystal oscillator with "XO", but these forms are deprecated

Crystal oscillator types and their abbreviations:

MCXO — microcomputer-compensated crystal oscillator

OCVCXO — oven-controlled voltage-controlled crystal oscillator

OCXO — oven-controlled crystal oscillator

RbXO — rubidium crystal oscillators (RbXO), a crystal oscillator (can be a MCXO) synchronized with a built-in rubidium standard which is run only occassionally to save power

TCVCXO — temperature-compensated voltage-controlled crystal oscillator

TCXO — temperature-compensated crystal oscillator

ATCXO — analogue temperature-compensated crystal oscillator

VCXO — voltage-controlled crystal oscillator

TSXO — temperature-sensing crystal oscillator, an adaptation of the TCXO

منبع: http://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_oscillator

ترجمه شده توسط موسسه پژوهشی تحقیقاتی ندای آروین اصفهان

انتشار : ۴ آبان ۱۳۹۴ تعداد بازدید : 650

راهنمای جامع نصب کابل برق

با این راهنمای جامع، به دنیای نصب کابل برق قدم بگذارید، اصول و الزامات آن را بشناسید، با انواع کابل ها و ابزارهای مورد نیاز آشنا شوید، مراحل نصب را به صورت گام به گام فرا بگیرید و با نصب اصولی کابل برق در منزل یا محل کار خود، از ایمنی و آسایش بیشتری برخوردار شوید! برق، ... ...

دریافت فایل : راهنمای جامع نصب کابل برق

راهنمای جامع ایمنی در برق

برق، یکی از مهم ترین اختراعات بشر است که نقش حیاتی در زندگی روزمره ما دارد. با این حال، برق می تواند بسیار خطرناک باشد و در صورت عدم رعایت نکات ایمنی، می تواند منجر به برق گرفتگی، آتش سوزی و سایر حوادث ناگوار شود. در این راهنمای جامع، به بررسی کامل اصول ایمنی در برق، از ... ...

دریافت فایل : راهنمای جامع ایمنی در برق

شبیه سازی شبکه HVDC

در این پروژه، یک واحد انرژی تجدید پذیر (توربین بادی) از طریق خطوط جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) به یک شبکه AC متصل شده است. بدیهی است که از دو مبدل (کانورتر) AC به DC جهت تبدیل پارامترهای الکتریکی استفاده شده است. سیستم های کنترل مبدل ها برای واحد تجدید پذیر و شبکه به ... ...

دریافت فایل : شبیه سازی شبکه HVDC

راهنمای جامع خازن ها - درک کامل اصول، کاربردها و انواع

خازن ها، یکی از اجزای اساسی مدارهای الکتریکی و الکترونیکی هستند که وظیفه ذخیره سازی بار الکتریکی را بر عهده دارند. در این راهنمای جامع، به بررسی عمیق خازن ها، از جمله اصول عملکرد، انواع، کاربردها، محاسبات و انتخاب خازن مناسب، می پردازیم. با این راهنما می توانید: اصول ... ...

دریافت فایل : راهنمای جامع خازن ها - درک کامل اصول، کاربردها و انواع

راهنمای جامع تبدیل واحدهای الکتریکی

در دنیای برق و الکترونیک، آشنایی با واحدهای الکتریکی و نحوه تبدیل آنها بین یکدیگر از مهارت های ضروری است. این راهنمای جامع، به شما کمک می کند تا به طور کامل بر تبدیل واحدهای الکتریکی مسلط شوید. در این راهنما، به بررسی موارد زیر می پردازیم: معرفی واحدهای پایه و فرعی ... ...

دریافت فایل : راهنمای جامع تبدیل واحدهای الکتریکی

مطالعه روش‏های تلفیق داده در سیستم ناوبری ترکیبی INS/GNSS

این محصول در قالب یک سمینار کامل نوشته شده است که نیاز به هیچگونه ویرایشی ندارد. این فایل در ۷۸ صفحه و در فرمت word تنظیم شده است که شامل چکیده،فهرست مطالب که در ۶ فصل آورده شده و در نهایت مراجع و رفرنس ها می باشد. در این سمینار قصد داریم ابتدا اصول کارکرد سیستم ناوبری ... ...

دریافت فایل : مطالعه روش‏های تلفیق داده در سیستم ناوبری ترکیبی INS/GNSS

شناسایی سیستم به روش آنالیز طیفی با کد نویسی در متلب و مقایسه آن با کد دستوری spa

این فایل در فرمت پاورپوینت تهیه شدا است. این کد براساس سه گام مهم نوشته شده است که مختصرا شرح داده می شود گام اول: ابتدا ورودی را به سیستم اعمال می کنیم و خروجی ها را ثبت می کنیم. اولین گام محاسبۀ کوواریانس و کراس کوواریانس از این ورودی و خروجی هاست. برای شناسایی سیستم ... ...

دریافت فایل : شناسایی سیستم به روش آنالیز طیفی با کد نویسی در متلب و مقایسه آن با کد دستوری spa

پاورپوینت کامل و جامع با عنوان تقریب فیلترهای الکترونیکی (فیلتر و سنتز مدار) در 112 اسلاید

فیلتر پایین‌گذر (به انگلیسی: Low-pass filter) نوعی از فیلتر می‌باشد که سیگنال‌هایی با بسامدی کمتر از بسامدی مشخص را عبور می‌دهد لازم به توجه است که این فیلتر در بحث پردازش سیگنال و جریان‌های متناوب اهمیت دارد و اثری بر جریان‌های مستقیم ندارد. فیلتر بالاگذر (به انگلیسی: ... ...

دریافت فایل : پاورپوینت کامل و جامع با عنوان تقریب فیلترهای الکترونیکی (فیلتر و سنتز مدار) در 112 اسلاید

پاورپوینت گیاه جینکو بیلوبا

عنوان پاورپوینت:دانلود پاورپوینت گیاه جینکو بیلوبافرمت: پاورپوینت قابل ویرایشتعداد اسلاید: 17پاورپوینت کامل و آماده ارائهفهرست مطالب:معرفی کوتاهی از گیاه جینکو بیلوباترکیبات شیمیایی اصلیاصلی ترین ترکیب تشکیل دهنده آنمکانیسم عمل جینکو بیلوبااشکال دارویی جینکو بیلوباکاربرد آن ... ...

دریافت فایل : پاورپوینت گیاه جینکو بیلوبا

دانلود جزوه کنترل مدرن دانشگاه خواجه نصیر

جزوه عالی و کامل تایپ شده سیستم های کنترل پیشرفته (کنترل مدرن) آماده برای دانلود است. مشخصات جزوه دانشگاه: صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی رشته: مهندسی برق، مهندسی مکانیک استاد: دکتر بیژن معاونی فایل های همراه جزوه: تمرین ها و جواب های کامل، کوئیزها، پروژه ها فرمت: PDF پی ... ...

دریافت فایل : دانلود جزوه کنترل مدرن دانشگاه خواجه نصیر

کتاب Impedance source power electronic converters

این کتاب محصول جدید انتشارات wiley در سال 2016 است. برای اطلاعات بیشتر به اینجا مراجعه شود. فرمت: PDF تعداد صفحات:419 پیشنهاد ویژه: در صورتی که تمایل دارید کتاب فوق را با 80 درصد تخفیف به همراه یک هدیه ویژه خریداری نمایید به بخش خرید پکیج کتاب های الکترونیک قدرت ... ...

دریافت فایل : کتاب Impedance source power electronic converters

دانلود جزوه مدار 1 دانشگاه امیرکبیر استاد کراری

جزوه ی مدارهای الکتریکی 1 آماده برای دانلود است. دانشگاه: صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک ایران) استاد: دکتر کراری منبع درسی، آزمون ارشد، استخدامی فرمت: پی دی اف PDF، قابل استفاده در هر سیستم و دستگاه (موبایل، لپ تاپ و ...) تعداد صفحات: 120 کیفیت: بسیار عالی نوع: دست نویس ...

دریافت فایل : دانلود جزوه مدار 1 دانشگاه امیرکبیر استاد کراری

اگر به یک وب سایت یا فروشگاه رایگان با فضای نامحدود و امکانات فراوان نیاز دارید بی درنگ دکمه زیر را کلیک نمایید.

ایجاد وب سایت یا
فروشگاه حرفه ای رایگان

محبوب ترین ها

پرفروش ترین ها

پر فروش ترین های فورکیا