اسیلاتور کریستالی

نوسان ساز یا اسیلاتور یکی از مهمترین دستگاه هایی است که در مهندسی برق، بخصوص در زمینه مخابرات کاربرد فراوانی دارد. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های همه اسیلاتورها، پایداری فرکانسی یا به عبارت دیگر، قابلیت اسیلاتور در فراهم کردن فرکانس پایدار در خروجی و با شرایط بار متغیر است. امروز با این مقاله از کارجویا همراه باشید تا به بررسی اسیلاتور کریستالی بپردازیم.

موضوعاتی که در این مقاله به آنها می پردازیم :

• اسیلاتور کریستالی چیست؟
• کاربرد اسیلاتور کریستالی
• انواع مختلف اسیلاتور کریستالی
• طرز کار اسیلاتور کریستالی
• تفاوت کریستال و اسیلاتور
• نکات ضروری در حین کار با اسیلاتور کریستالی 
• جمع بندی و نتیجه گیری

می توانید مقالات درباره مهندسی برق را در سایت کارجویا مشاهده بفرمایید.

—————————

اسیلاتور کریستالی چیست؟

اسیلاتور کریستالی یک قطعه الکترونیکی است که از تشدید (رزونانس) مکانیکی یک کریستال در حال لرزش پیزوالکتریکی بهره می برد. وظیفه اصلی اسیلاتور کریستالی، تولید سیگنال الکتریکی با فرکانس­های دقیق در محدوده ۱۶ مگاهرتز بوده و در مدارهای الکترونیکی کاربردهای بسیار زیادی دارد.

مثلا، یکی از مهم ترین کاربردهای اسیلاتور کریستالی در ساعت های دیجیتال هست که در سراسر دنیا وجود دارند و از آن جایی که که در اسیلاتور کریستالی پایداری فرکانس بسیار زیاد است، از این قطعه در فرستنده های رادیویی برای ایجاد موج حامل استفاده می شود.

کاربرد اسیلاتور کریستالی

به طور کلی از اسیلاتور(نوسان ساز)های کریستالی در ریزپردازنده ها و میکروکنترلرها برای تهیه سیگنال های ساعت (کلاک) استفاده می شود. از این نوسان ساز کریستالی برای تولید پالس های ساعت مورد نیاز برای هماهنگ سازی کلیه عملیات داخلی پردازنده ها استفاده می شود.

از مهم ترین کاربرد های این نوع اسیلاتور این است که برای تولید فرکانس های ثابت و به صورت مستقیم در مدارهای الکتریکی استفاده می شود. این ویژگی اسیلاتورکریستالی باعث پرکاربرد شدن آن در صنعت مخابرات میشه، صنعتی که در آن بحث سیگنال های پایدار بسیار مورد توجه هست. همچنین از اسیلاتورها در ابزارهای دقیق (به طور مثال ساعت دیجیتال) استفاده می شود که به مرجع دقیق زمانی مورد نیاز است.

انواع مختلف اسیلاتور کریستالی

ما در مبحث میکروکنترلرها و مدارها دو نوع اسیلاتور کریستالی داریم. اسیلاتور کریستال های داخلی و اسیلاتور کریستال های خارجی که به طور کامل به بررسی این دو نوع اسیلاتور می پردازیم :

اسیلاتور کریستال های داخلی

این نوع اسیلاتور شامل مداریست با یک مقاومت و یک خازن.

از مزایای اسیلاتور کریستال های داخلی می توان به این موارد اشاره کرد:

• به دلیل سادگی زیادی که دارد به راحتی قابل استفاده است.
• طراحی دقیق داشته و به همین دلیل نگرانی بابت فرکانس انتخاب شده وجود ندارد.
• به هیچ قطعه خارجی نیاز ندارد.

و از مهمترین معایب اسیلاتور کریستالی داخلی نیز می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• عدم دقت و پایداری
• شرایط خازن ها و مقاومت های این اسیلاتورها با تغییر دما تغییر می کنند.

اسیلاتور کریستال های خارجی

منظور از اسیلاتور کریستال های خارجی این است که بخش کریستال در خارج از ساختار اسیلاتور قرار دارد.

از مزایای اسیلاتور کریستالی خارجی می توان به دقت و پایداری بسیار زیاد با هزینه بسیار کم به علاوه
میزان خطای فرکانسی بسیار پایین اشاره کرد.

به طور کلی اسیلاتور خارجی به دلیل کیفیت ساخت بالا و رفع ایراد های نسخه های قبلی، معایب خاصی ندارد.

طرز کار اسیلاتور کریستالی

وقتی که یک کریستال کوارتز را به شکل درست ببریم و پیاده سازی کنیم، می توانیم با قرار دادن آن در یک میدان الکتریکی (اعمال ولتاژ به الکترود نزدیک یا روی کریستال) باعث خم شدن آن بشویم. به این ویژگی پیزوالکتریک بودن گفته می شود. در اسیلاتورها، زمانی که میدان الکتریکی را قطع کنیم، کوارتز با بازگشت به شکل اولیه خودش یک میدان الکتریکی تولید می کند و این کار باعث به وجود آمدن ولتاژ می شود.

این رفتار کریستال کوارتز شبیه مداری متشکل از یک سلف، خازن و مقاومت (مدار RLC) با فرکانس رزونانسی دقیق است.

تفاوت کریستال و اسیلاتور

قبل از بررسی تفاوت های کریستال و اسیلاتور بهتر است که تعریفی از مفهوم کلاک را برای درک بهتر مطلب داشته باشیم. این تعریف به این شکل است که :

کلاک پردازنده به معنای سرعت پردازش در آن پردازنده است.

کریستال برای تولید کلاک نیاز به چند گیت منطقی و خازن های پایدار کننده دارد که معمولا داخل میکروکنترلر تعبیه شده اند. به همین دلیل کریستال به دو پایه از میکروکنترلر وصل می شود. اما اسیلاتور همه چیزهایی که برای تولید کلاک مورد نیاز هست را در خود دارد. تنها کاری که لازم است انجام دهید، این است که خروجی کلاک را به یکی از پایه های میکروکنترلر وصل نمایید.

نکات ضروری در حین کار با اسیلاتور کریستالی

از جمله نکات مهم در کار با اسیلاتورها این است که تنها از یک اسیلاتور کریستالی در طراحی مدارها استفاده کنید تا از وقوع خطاهای خودپایداری الکترونیکی جلوگیری کنید. همچنین توجه داشته باشید که کریستال یک قطعه تراش خورده از سنگ کوارتز است و دارای ارتعاشات منظمی بوده و بین دو قطعه فنری مانند قرار گرفته است. یعنی بیشتر مانند یک قطعه مکانیکی بوده تا الکترونیکی و به همین دلیل به ضربه بسیار حساس است. اگر یک کریستال برخورد فیزیکی با سطحی داشته باشد، خیلی راحت آسیب دیده و از کار می افتد.

جمع بندی و نتیجه گیری

در این مقاله به طور خلاصه، راجع به اسیلاتور کریستالی اطلاعاتی بیان کردیم و مزایا و معایب استفاده از آن را شرح دادیم. همچنین در مورد خصوصیات و نحوه کار این قطعه در مدارهای الکتریکی اطلاعاتی ارائه شد.به طور کلی باید گفت، اسیلاتورهای کریستالی برای تولید سیگنال های الکتریکی با فرکانس های دقیق و مشخص به کار می روند و این ویژگی باعث می شود کاربرد بسیار زیادی در وسایل الکترونیکی پرکاربرد مثل ساعت، رادیو و غیره داشته باشد.امیدواریم از این مقاله کارجویا نیز نهایت استفاده رو برده باشید و همچنان با کارجویا و مقالاتش همراه بمونید.

منابع:

Namatek

Faradars