Tại sao các bộ dao động tinh thể được sử dụng trong đồng hồ thay vì các mạch RLC?

Thời gian của đồng hồ thạch anh được điều chỉnh bởi một bộ dao động tinh thể . Bộ tạo dao động tinh thể này tạo thành một mạch RLC hiệu quả. Nếu điều này là như vậy, một bộ tạo dao động tinh thể có những đặc tính gì làm cho nó có lợi hơn so với mạch RLC?

Dao động tinh thể chính xác hơn nhiều, chúng nhỏ, có hệ số nhiệt độ thấp và độ trôi thấp với chi phí thấp.

Một tinh thể thạch anh là một bộ cộng hưởng cơ học với các đặc tính đặc biệt ổn định. Thạch anh là một vật liệu rất ổn định - nó không 'tuổi', hoặc thay đổi nhiều theo nhiệt độ. Cũng có thể điều chế thạch anh rất tinh khiết và có tính chất phù hợp. Thạch anh cũng hơi áp điện - một điện trường gây ra độ võng và sự lệch hướng tạo ra một điện tích.

Khi được cắt chính xác (với một định hướng cụ thể, hãy viết các trục tinh thể) và được gắn chính xác, các tính chất cơ học (về cơ bản là độ cứng) không phụ thuộc vào nhiệt độ. Các tiếp điểm trên tinh thể có nghĩa là một rung động cơ học tạo ra điện tích và khi được cấu hình đúng (với bộ khuếch đại), toàn bộ hệ thống có thể được tạo ra cộng hưởng ở tần số ổn định.

Về mặt điện, điều này có thể được mô hình hóa như một mạng RLC với các thuộc tính tương tự. Các giá trị RLC có thể gây ngạc nhiên - điển hình là các phân số của một fF điện dung và nhiều hệ số tự cảm.

Trong khi một tinh thể thạch anh có thể được mô hình hóa như một mạch RLC, đó không phải là những gì nó thực sự là.
Việc cắt và kích thước của tinh thể làm cho nó được cộng hưởng ở một tần số cụ thể và điều này có thể được xác định chính xác hơn nhiều so với một mạch được tạo thành từ R, L & & C rời rạc.

Lý do là chính xác. Đối với tụ 2% được coi là dung sai rất tốt. Tôi không chắc chắn về cuộn cảm nhưng tôi hy vọng nó tương tự. Điện trở tốt hơn so với tụ điện hoặc cuộn cảm nhưng bạn không thể chế tạo thiết bị thẩm thấu chỉ với điện trở.

Để đặt những con số này trong phối cảnh: 1% tương đương với 36 giây mỗi giờ hoặc 14 phút và 24 giây mỗi ngày, đó sẽ là độ chính xác hoàn toàn không thể chấp nhận được đối với đồng hồ.

Từ kinh nghiệm của tôi, một tinh thể được thêm vào thay vì thay thế các thành phần RLC của bộ tạo dao động. Lý do nó được "thêm vào" là để cung cấp và duy trì tần số đã cho chính xác hơn so với chỉ sử dụng các thành phần RLC. Lý do một tinh thể cung cấp độ chính xác cao hơn, là nó có thể được sản xuất để dung sai "chặt chẽ" hơn các thành phần RLC và tính chất điện Q cao của nó .

Bộ tạo dao động tinh thể có các đặc tính của giá rẻ về độ phức tạp của mạch và đơn giá làm cho nó có lợi hơn so với mạch RLC. Mạch RLC đòi hỏi nhiều bộ phận và điều chỉnh. Khi được thiết kế và hiệu chỉnh đúng, đồng hồ RLC chính xác như đồng hồ dao động tinh thể. Đó là tất cả về chi phí và kích thước.