Le principe de fonctionnement de l'oscillateur à cristal

Résumé de l'oscillateur à cristal

L'oscillateur à cristal fait référence à la tranche découpée dans un cristal de quartz selon un certain angle d'azimut, le résonateur à cristal de quartz, appelé cristal de quartz ou oscillateur à cristal ;L'élément cristallin avec IC ajouté à l'intérieur du boîtier est appelé oscillateur à cristal.Ses produits sont généralement conditionnés dans des coffrets métalliques, mais également dans des coffrets en verre, en céramique ou en plastique.

Principe de fonctionnement de l'oscillateur à cristal

L'oscillateur à cristal de quartz est un dispositif résonant constitué de l'effet piézoélectrique du cristal de quartz.Sa composition de base est à peu près la suivante : à partir d'un cristal de quartz selon une certaine tranche d'azimut, recouvert d'une couche d'argent sur ses deux surfaces correspondantes comme électrodes, soudé un fil conducteur sur chaque électrode est connecté à la broche, couplé à la coque du boîtier constituée un résonateur à cristal de quartz, appelé cristal de quartz ou cristal, vibration cristalline.Ses produits sont généralement conditionnés dans des coffrets métalliques, mais également dans des coffrets en verre, en céramique ou en plastique.

Si un champ électrique est appliqué aux deux électrodes d’un cristal de quartz, la puce se déforme mécaniquement.A l’inverse, si une pression mécanique est appliquée des deux côtés de la puce, un champ électrique sera généré dans la direction correspondante de la puce.Ce phénomène physique est appelé effet piézoélectrique.Si des tensions alternatives sont appliquées aux deux pôles de la puce, la puce générera des vibrations mécaniques, qui à leur tour généreront des champs électriques alternatifs.

En général, l'amplitude de la vibration mécanique de la puce et l'amplitude du champ électrique alternatif sont très faibles, mais lorsque la fréquence de la tension alternative appliquée est une valeur spécifique, l'amplitude augmente considérablement, bien plus que celle des autres fréquences. , ce phénomène est appelé résonance piézoélectrique, qui est très similaire à la résonance du circuit LC.Sa fréquence de résonance est liée au mode de coupe, à la géométrie et à la taille du copeau.

Lorsque le cristal ne vibre pas, il peut être considéré comme un condensateur plat appelé capacité électrostatique C, et sa taille est liée à la taille géométrique de la puce et à la surface de l'électrode, généralement de quelques méthodes cutanées à des dizaines de méthodes cutanées. .Lorsque le cristal oscille, l'inertie de la vibration mécanique est équivalente à l'inductance L. Généralement, les valeurs L varient de dizaines à centaines de degrés.L'élasticité de la puce peut être équivalente à la capacité C, qui est très petite, généralement seulement 0,0002 ~ 0,1 picogramme.La perte causée par le frottement lors de la vibration de la plaquette est équivalente à R, qui a une valeur d'environ 100 ohms.Parce que l'inductance équivalente de la puce est très grande et que C est très petite, R est également petite, donc le facteur de qualité Q du circuit est très grand, jusqu'à 1 000 ~ 10 000. De plus, la fréquence de résonance de la puce elle-même est fondamentalement uniquement lié au mode de coupe, à la géométrie et à la taille de la puce, et peut être réalisé avec précision, de sorte que le circuit oscillateur composé de résonateurs à quartz peut obtenir une stabilité à haute fréquence.

Les ordinateurs disposent d’un circuit de synchronisation et, bien que le terme « horloge » soit couramment utilisé pour désigner ces appareils, ce ne sont pas réellement des horloges au sens habituel du terme.Il serait peut-être préférable de les appeler des minuteries.Le minuteur d'un ordinateur est généralement un cristal de quartz usiné avec précision qui oscille dans ses limites de tension à une fréquence qui dépend de la façon dont le cristal lui-même est coupé et de la tension à laquelle il est soumis.Il existe deux registres associés à chaque cristal de quartz, un compteur et un registre de maintien.Chaque oscillation du cristal de quartz diminue le compteur d'une unité.Lorsque le compteur descend à 0, une interruption est générée et le compteur recharge la valeur initiale du registre de maintien.Cette approche permet de programmer une minuterie pour générer 60 interruptions par seconde (ou à toute autre fréquence souhaitée).Chaque interruption est appelée un tick d'horloge.

En termes électriques, un oscillateur à cristal peut être équivalent à un réseau à deux bornes composé d'un condensateur et d'une résistance en parallèle et d'un condensateur en série.En électrotechnique, ce réseau possède deux points de résonance, divisés en hautes et basses fréquences.La fréquence la plus basse est la résonance série et la fréquence la plus élevée est la résonance parallèle.En raison des caractéristiques du cristal lui-même, la distance entre les deux fréquences est assez proche.Dans cette plage de fréquences très étroite, l'oscillateur à cristal est équivalent à un inducteur, donc tant que les deux extrémités de l'oscillateur à cristal sont connectées en parallèle avec des condensateurs appropriés, il formera un circuit de résonance parallèle.Ce circuit résonant parallèle peut être ajouté à un circuit de rétroaction négative pour former un circuit d'oscillation sinusoïdale.Étant donné que la plage de fréquences de l'oscillateur à cristal équivalente à l'inductance est très étroite, la fréquence de cet oscillateur ne changera pas beaucoup même si les paramètres des autres composants varient considérablement.

L'oscillateur à cristal a un paramètre important, à savoir la valeur de capacité de charge, sélectionnez la capacité parallèle égale à la valeur de capacité de charge, peut obtenir la fréquence de résonance nominale de l'oscillateur à cristal.Le circuit d'oscillation à cristal de vibration générale se trouve aux extrémités opposées d'un amplificateur inverseur connecté aux cristaux et possède deux capacités qui reçoivent les extrémités des cristaux, respectivement chaque capacité de l'autre côté de la réception, la capacité des deux condensateurs en série doit être égale. En ce qui concerne la capacité de charge, veuillez faire attention au fait que les broches IC générales ont la capacité d'entrée équivalente, cela ne peut pas être ignoré.Généralement, la capacité de charge de l'oscillateur à cristal est de 15 ou 12,5 peaux.Si la capacité d'entrée équivalente des broches des composants est prise en compte, le circuit d'oscillation de l'oscillateur à cristal composé de deux condensateurs 22 cutanés est un meilleur choix.