Crystal hoạt động như thế nào?

Cụ thể, một dao động tinh thể thạch anh 2pin và 4pin.

Những gì tôi biết: dòng điện được áp dụng và tinh thể dao động để cung cấp tín hiệu dao động.

Những gì tôi muốn biết: Làm thế nào để rung động gây ra một dòng dao động? Tinh thể 2 / 4pin khác nhau như thế nào? Cuối cùng, tại sao một 4pin có thể chạy một mình và 2pin cần tụ điện.

Các thiết bị có hai chân không phải là bộ dao động, chúng là bộ cộng hưởng (tinh thể), có thể được sử dụng trong mạch dao động (chẳng hạn như bộ tạo dao động r) và nếu được sử dụng với mạch chính xác sẽ dao động ở (hoặc gần) tần số đã đánh dấu . Mạch dao động Pierce, được hiển thị bên dưới, sử dụng hai tụ điện (tụ điện tải, C1 / C2), tinh thể (X1) và bộ khuếch đại (U1).

Các thiết bị có bốn chân là các mạch hoàn chỉnh bao gồm một bộ cộng hưởng và một mạch hoạt động dao động. Chúng yêu cầu công suất và phát ra một đầu ra sóng vuông hoặc sóng hình sin ở (hoặc gần) tần số được đánh dấu.

Ngoài ra còn có các bộ cộng hưởng (gốm) với ba chân hoạt động như các tinh thể với các tụ điện.

Cách thức hoạt động của tinh thể (và bộ cộng hưởng gốm) là chúng được làm từ vật liệu áp điện tạo ra điện áp khi chúng bị biến dạng về hình dạng. Một điện áp được áp dụng sẽ gây ra một biến dạng trong hình dạng. Các tinh thể được tạo thành một hình dạng sẽ cộng hưởng vật lý (như một ngã ba điều chỉnh hoặc một cymbal) ở tần số mong muốn. Điều đó có nghĩa là tinh thể sẽ hoạt động như một bộ lọc - khi bạn áp dụng tần số mong muốn, nó sẽ xuất hiện như một trở kháng cao một khi nó bị rung và với tần số khác một chút, nó sẽ bị mất nhiều hơn. Khi đặt vào mạch hồi tiếp của bộ khuếch đại, dao động sẽ tự duy trì. Nhiều hơn nữa, và một số toán học, ở đây .

Nếu bạn nghĩ rằng một viên pha lê là một chiếc chuông nhỏ, thật dễ dàng để biết làm thế nào, nếu bạn đánh nó bằng một cây búa nhỏ, nó sẽ vang lên với một âm thanh thuần khiết giống như một chiếc chuông lớn nếu bạn nhấn chiếc chuông lớn bằng một chiếc chuông nhỏ cây búa.

Đó chính xác là những gì một tinh thể làm, nhưng mẹo là nó được làm từ vật liệu áp điện tạo ra điện khi bạn chạm vào nó và thay đổi hình dạng khi bạn sốc nó bằng điện.

Để làm cho nó tạo ra âm thanh giống như tiếng chuông thuần khiết liên tục, nó được kết nối qua một bộ khuếch đại hoạt động giống như ai đó đẩy bạn lên xích đu để khi bạn chỉ vượt qua đỉnh của một cú swing, họ sẽ đẩy bạn tới hãy chắc chắn rằng bạn đã quay lại cho lần tiếp theo

Bản chất áp điện của tinh thể làm cho nó thay đổi hình dạng khi đầu ra bộ khuếch đại "đẩy" nó bằng tín hiệu điện, và sau đó khi bộ khuếch đại đi, tinh thể quay trở lại và tạo ra tín hiệu của chính nó nói "đẩy tôi" và gửi nó đến đầu vào của bộ khuếch đại vào đúng thời điểm để bộ khuếch đại tạo ra một lần đẩy khác và tái tạo chu kỳ, mãi mãi.

Vậy điều gì làm cho tinh thể bắt đầu dao động?

Tiếng ồn.

Có tiếng ồn ở khắp mọi nơi, và nó giống như hàng trăm chiếc búa nhỏ đập vào mọi thứ mọi lúc.

Một số nhiễu đó chạm vào tinh thể, và khi nó được nối với bộ khuếch đại và bắt đầu reo lên một chút từ các tiếng ồn, bộ khuếch đại nhận được tín hiệu điện từ âm chuông (tần số) vật lý của tinh thể, tạo ra nó và gửi nó trở lại với tinh thể. Điều đó làm cho tinh thể thay đổi hình dạng hơn nữa, gửi tín hiệu lớn hơn trở lại bộ khuếch đại khi hình dạng của tinh thể quay trở lại, cho đến khi hệ thống dao động liên tục và ổn định.

Một tinh thể không tự dao động. Bạn không chỉ đơn giản là áp dụng sức mạnh và có được dao động ra. Hãy nghĩ về một tinh thể như một bộ lọc tần số rất chính xác và sắc nét. Bạn đặt nó vào đường phản hồi của bộ khuếch đại theo đúng cách và nó làm cho mạch dao động ở tần số cộng hưởng của tinh thể. Đó là mạch gây ra dao động. Tinh thể của chúng giết chết tất cả các tần số ngoại trừ tần số được điều chỉnh, chỉ cho phép đủ mức tăng vòng lặp tổng thể để mạch dao động ở tần số của tinh thể.

Các tinh thể dưới tần số cộng hưởng của chúng xuất hiện chủ yếu là điện dung. Trên tần số cộng hưởng của chúng, chúng xuất hiện chủ yếu là quy nạp. Ở tần số cộng hưởng của chúng, chúng xuất hiện chủ yếu là điện trở.

Vẽ lại bộ dao động Pierce ba lần, thay thế tinh thể bằng một trong những thành phần đó. Nó có thể giúp bạn hiểu làm thế nào nó hoạt động.

Các tinh thể cộng hưởng song song thực sự được chỉ định một chút dưới tần số cơ bản. Điều này làm cho tinh thể xuất hiện một chút điện dung ở tần số cụ thể. Điện dung bổ sung thêm một chút dịch pha bổ sung để giúp bộ dao động khởi động và chạy.

Đầu vào của bộ khuếch đại nhìn thấy tín hiệu lớn hơn gần cơ bản của tinh thể (điện trở, thường dưới 100 Ohms ESR). Các tín hiệu tần số tắt nhỏ hơn bị giảm hoặc bị chặn, do đó tín hiệu ở tần số cơ bản phát triển mạnh hơn (sau khi được khuếch đại) và chiếm ưu thế.

Đẩy ai đó lên xích đu. Cho dù bạn cố gắng thế nào, cú swing thực sự sẽ chỉ di chuyển qua lại ở một số tần số cơ bản.

Hãy tưởng tượng một tinh thể như bề mặt của nước. Bây giờ gửi gợn sóng (sóng) trên bề mặt đó. Các gợn sóng di chuyển bề mặt lên xuống, uốn cong bề mặt một cách hiệu quả. Tinh thể quá uốn cong khi nó rung.

Uốn có thể được gây ra bằng cách áp dụng một điện trường vào tinh thể thạch anh, nhưng chính sự uốn cong tạo ra một điện trường đối lập trong mạng tinh thể. Ở phần còn lại, các lực này được cân bằng, và tinh thể không có điện tích.

Cái nào dễ rung hơn bằng tay của bạn: thước 12x1 inch, hay tấm gỗ dán 6x4 feet? Rõ ràng là thước kẻ nhỏ hơn có thể được rung nhanh hơn!

Pha lê cũng vậy. Kích thước của chúng xác định tần số cộng hưởng của chúng; tinh thể nhỏ hơn và / hoặc mỏng hơn rung động nhanh hơn. Đây cũng là điều giới hạn tần số cơ bản của tinh thể: tinh thể trở nên quá nhỏ hoặc quá mỏng để xử lý chính xác bằng cách gia công cơ học hoặc khắc hóa học ở tần số cao hơn.

Ở tần số thực sự thấp, các tinh thể trở nên quá to hoặc dày đến mức phải mất quá nhiều năng lượng để khiến chúng bị uốn cong; do đó một thiết kế tinh thể ngã ba điều chỉnh được sử dụng cho các tinh thể thời gian tần số thấp 32.768 kHz.

Các tinh thể thực sự có thể dao động ở nhiều hơn một tần số. Đây là những âm bội ở bội số của cơ bản, nhưng chúng có xu hướng yếu hơn cơ bản. Có thể thiết kế một mạch để làm cho một tinh thể dao động ở một âm lượng, thường là thứ ba hoặc thứ năm. Thông thường các tinh thể trên 40 MHz được thiết kế cho âm lượng thứ 3 hoặc thứ 5, không phải là cơ bản, vì vậy hãy đọc kỹ thông số kỹ thuật trước khi mua!