Krystalový oscilátor

Křemenný oscilátor  je autogenerátor elektromagnetických kmitů s oscilačním systémem , jehož součástí je křemenný rezonátor . Navrženo pro získání oscilací s konstantní frekvencí s vysokou teplotní a časovou stabilitou, nízkým fázovým šumem.

Charakteristika

Frekvence

Vlastní frekvence křemenného oscilátoru se může pohybovat od několika kHz do stovek MHz. Je určeno fyzikálními rozměry rezonátoru , elasticitou a piezoelektrickou konstantou křemene a také tím, jak je rezonátor vyříznut z krystalu. Vzhledem k tomu, že křemenný rezonátor je kompletní elektronická součástka, lze jeho frekvenci měnit vnějšími prvky a spínacím obvodem ve velmi úzkém rozsahu volbou rezonanční frekvence (paralelní nebo sériová) nebo snížit paralelně zapojeným kondenzátorem. Existují však řemeslné techniky pro ladění rezonátoru. To je užitečné v případech, kdy je žádoucí mít několik rezonátorů s velmi podobnými parametry. Pro snížení frekvence se krystal krátce vystaví působení jodových par (tím se zvýší hmotnost stříbrných desek), pro zvýšení frekvence se desky rezonátoru vyleští.

V roce 1997 vydala společnost Epson Toyocom řadu oscilátorů SG8002, v jejichž konstrukci je blok trimrových kondenzátorů a dva frekvenční děliče. To vám umožní získat téměř jakoukoli frekvenci v rozsahu od 1 do 125 MHz . Tato výhoda však s sebou nevyhnutelně nese nevýhodu – zvýšený jitter (fázový šum). Citace: Oscilátor s vnitřními smyčkami fázového závěsu musí být používán s extrémní opatrností v obvodech obsahujících externí obvody PLL. [jeden]

Stabilita frekvence

Kmity křemenného oscilátoru se vyznačují vysokou frekvenční stabilitou (10 −5 ÷ 10 −12 ), což je dáno vysokým činitelem jakosti křemenného rezonátoru (10 4 ÷ 10 5 ).

Hladina fázového šumu

Nejlepší generátory mohou mít spektrální hustotu výkonu fázového šumu menší než -100 dBc/Hz při offsetu 1 Hz a menší než -150 dBc/Hz při offsetu 1 kHz při výstupní frekvenci 10 MHz .

Napájení

Výkon křemenného oscilátoru nepřesahuje několik desítek miliwattů . Při vyšším výkonu může být krystal křemenného rezonátoru zničen v důsledku silného mechanického namáhání , které v něm vzniká . V praxi, pokud je potřeba získat větší výkon z oscilátoru stabilizovaného křemenným rezonátorem, používá se zesilovač .

Typ výstupu

Generátory lze vyrobit jak v modifikaci se sinusovým výstupním signálem, tak s obdélníkovým signálem, kompatibilním v logických úrovních s některým ze standardů ( TTL , CMOS , LVCMOS , LVDS atd.).

Dostupnost a typ tepelné stabilizace

• teplotně kompenzovaný (TCXO)
• řízená teplotou (OCXO, DOCXO)

Přeladitelnost frekvence

• konstantní frekvence
• frekvence řízená napětím (VCXO)
• frekvence řízená digitálním kódem (NCXO)

Jak to funguje

Vnější napětí na křemenné desce způsobuje její deformaci . A to zase vede ke vzniku elektrického náboje na povrchu křemene ( piezoelektrický efekt ). V důsledku toho jsou mechanické kmity křemenné desky doprovázeny na jejím povrchu s nimi synchronními kmity náboje a naopak.

Aby bylo zajištěno spojení rezonátoru se zbytkem prvků obvodu , jsou elektrody přiloženy přímo na křemen, nebo je mezi desky kondenzátoru vložena křemenná deska .

Pro dosažení vysokého kvalitativního faktoru a stability je rezonátor umístěn ve vakuu a jeho teplota je udržována konstantní .

Příklady implementace obvodu

• Pierce generátor

Použití

Krystalové oscilátory se používají k měření času ( quartzové hodiny , elektronické hodiny ), jako frekvenční standardy . Krystalové oscilátory jsou široce používány v digitální technologii jako generátory hodin .

Viz také

• Křemen
• Quartzový rezonátor
• Generátor signálu
• Generátor hodin

Poznámky

1. ↑ Jednorázové programovatelné krystalové oscilátory Epson (nepřístupný odkaz) . Získáno 11. března 2012. Archivováno z originálu 8. března 2010. (neurčitý) 

Literatura

• Smagin A.G. , Yaroslavsky M.I. Piezoelektřina křemene a křemenných rezonátorů. - M. : "Energie", 1970. - 488 s. - 6000 výtisků.

• Shitikov G. T. , Tsygankov P. Ya. , Orlov O. M. Vysoce stabilní křemenné samooscilátory / Ed. G. T. Šitíková. - M .: "Sovětský rozhlas", 1974. - 376 s. — 11 300 výtisků.

• Altshuller G. B. Řízení frekvence křemenných samooscilátorů. - Ed. 2., revidovaný. a další .. - M . : "Komunikace", 1975. - 304 s. - 7000 výtisků.

• Altshuller G. B. , Elfimov N. N. , Shakulin V. G. Quartz oscilátory: referenční příručka. - M . : Rozhlas a komunikace, 1984. - 232 s. - 27 000 výtisků.