คริสตัลทำงานอย่างไร


36

โดยเฉพาะออสซิลเลเตอร์คริสตัล 2pin และ 4pin

สิ่งที่ฉันรู้: กระแสถูกนำไปใช้และคริสตัลออสซิลเลตเพื่อส่งสัญญาณการสั่น

สิ่งที่ฉันอยากรู้: การสั่นสะเทือนทำให้เกิดกระแสสั่นได้อย่างไร? คริสตัล 2 / 4pin แตกต่างกันอย่างไร สุดท้ายทำไม 4pin สามารถทำงานคนเดียวและ 2pin ต้องการตัวเก็บประจุ


2
คุณจะถามอะไรเกี่ยวกับคริสตัลหรือออสซิลเลเตอร์กระป๋องที่สมบูรณ์? ชื่อกล่าวว่า "คริสตัล" ดังนั้นนั่นคือสิ่งที่ฉันตอบ
Olin Lathrop

คำตอบ:


39

อุปกรณ์ที่มีสองขาไม่ได้ oscillators พวกเขาจะ resonators (คริสตัล) ซึ่งสามารถนำมาใช้ในวงจรออสซิล (เช่นเพียร์ซ oscillato R) และถ้าใช้กับวงจรที่ถูกต้องจะสั่นที่ (หรือใกล้) ความถี่ในการทำเครื่องหมาย . วงจรเพียร์ซออสซิลเลเตอร์ดังแสดงด้านล่างใช้ตัวเก็บประจุสองตัว (ตัวเก็บประจุโหลด C1 / C2) คริสตัล (X1) และแอมป์ (U1)

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

อุปกรณ์ที่มีสี่ขาเป็นวงจรที่สมบูรณ์รวมทั้งไอเสียและวงจรที่ใช้งานที่แกว่ง พวกเขาต้องการพลังงานและเอาท์พุทคลื่นสี่เหลี่ยมหรือคลื่นไซน์ที่ (หรือใกล้) ความถี่ที่ทำเครื่องหมายไว้

นอกจากนี้ยังมีresonators (เซรามิก) ที่มีสามพินที่ทำหน้าที่เหมือนผลึกที่มีตัวเก็บประจุ

วิธีการทำงานของผลึก (และตัวเร่งปฏิกิริยาเซรามิก) คือการที่พวกเขาทำจากวัสดุ piezoelectric ที่สร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อพวกเขาบิดเบี้ยวในรูปร่าง แรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะทำให้เกิดการบิดเบือนในรูปร่าง คริสตัลถูกสร้างเป็นรูปทรงที่จะสะท้อนทางกายภาพ (เช่นส้อมเสียงหรือฉิ่ง) ตามความถี่ที่ต้องการ นั่นหมายความว่าคริสตัลจะทำตัวเหมือนฟิลเตอร์ - เมื่อคุณใช้ความถี่ที่ต้องการมันจะดูเหมือนความต้านทานสูงเมื่อมันสั่นและความถี่แตกต่างกันเล็กน้อยมันจะสูญเสียมากขึ้น เมื่อใส่วงจรผลป้อนกลับของเครื่องขยายเสียงการสั่นจะมีความยั่งยืน มากขึ้นและคณิตศาสตร์บางที่นี่


2
resonator คริสตัลสามารถสร้างแบบจำลองเป็นตัวกรอง bandpass LC มักจะมี passband ที่แคบมาก (Q สูง) นอกจากนี้การใส่ตัวกรอง bandpass ลงในลูปด้วยแอมป์เป็นวิธีการทั่วไปในการสร้างออสซิลเลเตอร์เนื่องจากวงจรจะแกว่งใน passband ของฟิลเตอร์ หากคุณใช้ฟิลเตอร์ที่ปรับค่าได้คุณสามารถสร้างออสซิลเลเตอร์ที่ปรับค่าได้หรือกวาดได้ อุปกรณ์นี้ใช้ในอุปกรณ์ทดสอบ RF เป็นประจำกับทรงกลม YIG ที่ปรับได้ทางแม่เหล็กซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกรอง bandpass ทั้งแบบแยกเดี่ยวเป็นฟิลเตอร์ที่ปรับค่าได้หรือในออสซิลเลเตอร์ที่ปรับได้
alex.forencich

61

หากคุณคิดว่าคริสตัลเป็นระฆังเล็ก ๆ มันจะง่ายต่อการดูว่าถ้าคุณตีด้วยค้อนเล็ก ๆ มันจะดังด้วยเสียงบริสุทธิ์เหมือนระฆังขนาดใหญ่จะถ้าคุณกดระฆังขนาดใหญ่ที่มีขนาดเล็ก ค้อน.

นั่นคือสิ่งที่คริสตัลทำ แต่เคล็ดลับคือมันทำจากวัสดุpiezoelectricซึ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเมื่อคุณกดมันและเปลี่ยนรูปร่างเมื่อคุณช็อกด้วยไฟฟ้า

เพื่อให้มันสร้างเสียงเหมือนระฆังที่บริสุทธิ์อย่างต่อเนื่องมันเชื่อมต่อผ่านเครื่องขยายเสียงที่ทำงานเหมือนกับมีคนผลักคุณบนชิงช้าดังนั้นเมื่อคุณผ่านไปเพียงเล็กน้อยผ่านจุดสูงสุดของการแกว่งหนึ่งครั้ง ให้แน่ใจว่าคุณกลับมาอีกครั้ง

ธรรมชาติของคริสตัลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง piezoelectric เมื่อเอาท์พุท "ดัน" ด้วยสัญญาณไฟฟ้าจากเครื่องขยายเสียงและเมื่อเครื่องขยายเสียงปล่อยไปคริสตัลสปริงกลับมาและสร้างสัญญาณของตัวเองซึ่งบอกว่า "ดัน" และส่ง ไปยังอินพุตของเครื่องขยายเสียงในเวลาที่เหมาะสมสำหรับเครื่องขยายเสียงเพื่อสร้างแรงผลักดันอีกครั้งและสร้างวงจรใหม่ตลอดไป

แล้วอะไรที่ทำให้คริสตัลเริ่มสั่น

สัญญาณรบกวน

มีเสียงดังทุกที่และเป็นเหมือนค้อนเล็กจิ๋วที่กระทบกับทุกสิ่งตลอดเวลา

เสียงบางอย่างกระทบกับคริสตัลและเมื่อมันติดเข้ากับเครื่องขยายเสียงและเริ่มดังขึ้นเล็กน้อยจากเสียงที่ดังขึ้นเครื่องขยายเสียงจะรับสัญญาณไฟฟ้าจากเสียงเรียกเข้าทางกายภาพของคริสตัล (ความถี่) สร้างขึ้นแล้วส่งไป กลับไปที่คริสตัล ทำให้คริสตัลมีรูปร่างที่เปลี่ยนแปลงมากยิ่งขึ้นส่งสัญญาณที่ใหญ่ขึ้นกลับไปที่แอมป์เมื่อรูปร่างของคริสตัลสปริงกลับมาจนกระทั่งระบบสั่นอย่างต่อเนื่องและมีเสถียรภาพ


5
คำตอบที่ยอดเยี่ยมซึ่งใช้ภาษาง่าย ๆ ในการอธิบายได้ดีมาก ฉันคิดว่ามันอาจช่วยให้เพิ่มได้ว่าพฤติกรรมการแกว่งไม่สิ้นสุดและการเริ่มตนเองเกิดจากพฤติกรรมตอบรับเชิงบวก
Steven Lu

19

คริสตัลจะไม่แกว่งตัวมันเอง คุณไม่เพียงแค่ใช้พลังงานและลดความผันผวน คิดว่าคริสตัลเป็นตัวกรองความถี่ที่แม่นยำและคมชัดมาก คุณใส่ไว้ในเส้นทางป้อนกลับของเครื่องขยายเสียงในทิศทางที่ถูกต้องและทำให้วงจรสั่นเมื่อความถี่พ้องของคริสตัล มันเป็นวงจรที่ทำให้เกิดการสั่น พวกมันคริสตัลฆ่าความถี่ทั้งหมดยกเว้นที่มันปรับจูนเท่านั้นซึ่งจะช่วยให้ได้รับการวนลูปโดยรวมเพียงพอสำหรับวงจรที่แกว่งไปมาที่ความถี่ของคริสตัล


1
นั่นทำให้รู้สึกดี ฉันเข้าใจว่าแรงดันไฟฟ้าที่เข้ามาสร้างความเพี้ยนและการสั่นสะเทือนนี้ แต่มันจะกรองได้อย่างไร มันสร้างหน้าสัมผัสไฟฟ้าอื่นที่ความถี่ที่กำหนดหรือ .. ?
Sciiiiience

4
@scii: คริสตัลเป็นชิ้นเล็ก ๆ ของวัสดุที่แสดงผลกระทบไฟฟ้า piezo สิ่งนี้ถูกตัดและตัดอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้เสียงที่ความถี่ที่ต้องการ สัญญาณที่ความถี่นั้นทำให้เกิดการสะท้อนกลับ หนึ่งคลื่นความถี่ไม่ได้ เรโซแนนซ์ Q นั้นสูงมากจนความถี่ต้องใกล้เคียงกับคริสตัลมากที่สุด
Olin Lathrop

1
ถูก สิ่งหนึ่งที่สุดท้ายเมื่อคริสตัลไม่สะท้อนสิ่งที่เกิดขึ้น? มันผ่านปัจจุบันหรือไม่? นั่นคืออนุญาตเฉพาะกระแสที่ความถี่นั้นไหล หรือการลาออกก่อให้เกิดกระแสมากขึ้นหรือไม่? +1 กับคำตอบทั้งหมดของคุณขอบคุณ
Sciiiiience

1
@Scii: มุมมองทางไฟฟ้าของคริสตัลนั้นค่อนข้างซับซ้อน แต่โดยทั่วไปแล้วจะช่วยให้แรงดันไฟฟ้าของความถี่ที่ปรับไปปรากฏที่อีกด้านหนึ่ง (พร้อมกับโหลดที่ถูกต้อง) ในขณะที่ความถี่อื่น ๆ จะถูกลดทอน นอกจากนี้ยังมีขั้นตอนการเปลี่ยนเป็น envolved ในความเป็นจริงออสซิลเลเตอร์ที่ต้องการผลึก "เรโซแนนซ์ขนาน" กำลังนับการกะระยะที่ความถี่เรโซแนนซ์ วงจร Spehro ที่แสดงเป็นตัวอย่างของสิ่งนี้
Olin Lathrop

1
การใช้สนามไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) กับคริสตัลเพียโซอิเล็กทริกทำให้มันผิดรูป การเปลี่ยนรูปของคริสตัลเพียโซอิเล็กทริกทำให้เกิดสนามไฟฟ้า เครื่อง Resonators ถูกตัดเพื่อส่งเสียงกริ่งเหมือนระฆัง (การสั่นสะเทือนเชิงกล) ที่ความถี่เฉพาะ หากความถี่นี้ถูกนำไปใช้กับด้านใดด้านหนึ่งของคริสตัลก็จะสะท้อนและจะสร้างสนามไฟฟ้าในทางตรงกันข้ามกับที่ใช้สร้างแรงดันไฟฟ้าต่ำข้ามคริสตัล (ผ่านสัญญาณอินพุต) หากความถี่ที่ใช้ไม่ทำให้คริสตัลสะท้อนดังนั้นแรงดันไฟฟ้าข้ามคริสตัลจะสูง (ลดทอนสัญญาณอินพุต)
alex.forencich

4

ผลึกด้านล่างความถี่เรโซแนนท์ของพวกเขาส่วนใหญ่จะเป็น capacitive เหนือความถี่เรโซแนนท์พวกเขาปรากฏส่วนใหญ่อุปนัย ที่ความถี่เรโซแนนท์พวกเขาปรากฏตัวต้านทานส่วนใหญ่

วาด Pierce oscillator สามครั้งแทนคริสตัลด้วยหนึ่งในองค์ประกอบเหล่านั้น มันอาจช่วยให้คุณเข้าใจว่ามันทำงานอย่างไร

ผลึกเรโซแนนท์ขนานจะถูกระบุเล็กน้อยภายใต้ความถี่พื้นฐาน สิ่งนี้ทำให้คริสตัลปรากฎขึ้นเล็กน้อยในความถี่ของสเป็ค ความจุเพิ่มเติมจะเพิ่มการเปลี่ยนเฟสเล็กน้อยเพื่อช่วยให้ออสซิลเลเตอร์เริ่มต้นและทำงาน

อินพุตของเครื่องขยายเสียงมองเห็นสัญญาณที่ใหญ่กว่าซึ่งอยู่ใกล้กับพื้นฐานของคริสตัล (ความต้านทานโดยทั่วไปต่ำกว่า 100 โอห์ม ESR) สัญญาณปิดความถี่ที่มีขนาดเล็กลงจะถูกหรี่ลงหรือถูกปิดกั้นดังนั้นสัญญาณที่ความถี่พื้นฐานจะแข็งแกร่งขึ้น (หลังจากถูกขยาย) และครอบงำ

ผลักคนที่แกว่ง ไม่ว่าคุณจะพยายามอย่างหนักเพียงใดการแกว่งจะเคลื่อนไปมาในความถี่พื้นฐานบางอย่างเท่านั้น

ลองนึกภาพผลึกเป็นพื้นผิวของน้ำ ตอนนี้ส่ง ripples (คลื่น) ข้ามพื้นผิวนั้น ระลอกคลื่นขยับพื้นผิวขึ้นและลงดัดผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ คริสตัลโค้งเกินไปเมื่อมันสั่นสะเทือน

การดัดอาจเกิดจากการใช้สนามไฟฟ้ากับคริสตัลควอตซ์ แต่การดัดตัวเองก็สร้างสนามไฟฟ้าที่เป็นปฏิปักษ์ในตาข่ายคริสตัล ที่เหลือแรงเหล่านี้มีความสมดุลและคริสตัลไม่มีค่าใช้จ่าย

มือของคุณจะสั่นสะเทือนแบบไหน: ไม้บรรทัด 12x1 นิ้วหรือแผ่นไม้อัดขนาด 6x4 ฟุต? เห็นได้ชัดว่าผู้ปกครองรายเล็กสามารถสั่นสะเทือนได้เร็วขึ้น!

รัตนากรเหมือนกัน ขนาดของพวกเขาเป็นตัวกำหนดความถี่พ้องของพวกเขา ผลึกขนาดเล็กและ / หรือผลึกบางลงจะสั่นสะเทือนเร็วขึ้น นี่คือสิ่งที่ จำกัด ความถี่พื้นฐานของคริสตัล: คริสตัลมีขนาดเล็กเกินไปหรือบางเกินไปที่จะประมวลผลได้อย่างแม่นยำโดยการใช้เครื่องจักรกลหรือการกัดทางเคมีที่ความถี่สูง

ที่ความถี่ต่ำมากผลึกจะมีขนาดใหญ่หรือหนาจนต้องใช้พลังงานมากเกินไปในการทำให้มันโค้งงอ ดังนั้นการออกแบบส้อมเสียงคริสตัลจึงใช้สำหรับคริสตัลความถี่ต่ำ 32.768 kHz

ผลึกสามารถแกว่งไปแกว่งมามากกว่าหนึ่งความถี่ นี่คือเสียงหวือหวาที่ทวีคูณของพื้นฐาน แต่พวกเขามีแนวโน้มที่จะอ่อนแอกว่าพื้นฐาน มีความเป็นไปได้ในการออกแบบวงจรเพื่อให้คริสตัลสั่นที่โอเวอร์โทนซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นวงจรที่สามหรือห้า โดยทั่วไปแล้วคริสตัลที่มีความเร็วมากกว่า 40 MHz ได้รับการออกแบบมาสำหรับการโอเวอร์โทนครั้งที่ 3 หรือครั้งที่ 5 ไม่ใช่พื้นฐานดังนั้นโปรดอ่านรายละเอียดก่อนซื้อ!

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.