مبدأ العمل للمذبذب Cystal

ملخص المذبذب البلوري

يشير المذبذب البلوري إلى الرقاقة المقطوعة من بلورة الكوارتز وفقًا لزاوية سمت معينة، ومرنان بلورة الكوارتز، ويشار إليه بكريستال الكوارتز أو مذبذب البلورة؛يسمى العنصر البلوري المضاف إليه IC داخل العبوة بالمذبذب البلوري.يتم تعبئة منتجاتها بشكل عام في علب معدنية، ولكن أيضًا في علب زجاجية أو سيراميك أو بلاستيك.

مبدأ عمل المذبذب البلوري

مذبذب كريستال الكوارتز هو جهاز رنين مصنوع من التأثير الكهرضغطي لكريستال الكوارتز.تكوينها الأساسي هو تقريبًا كما يلي: من بلورة الكوارتز وفقًا لشريحة سمت معينة، مغلفة بطبقة فضية على سطحيها المتقابلين كأقطاب كهربائية، يتم لحام سلك توصيل على كل قطب كهربائي متصل بالدبوس، إلى جانب غلاف العبوة المكون من مرنان كريستال الكوارتز، يشار إليه بكريستال الكوارتز أو الكريستال، والاهتزاز البلوري.يتم تعبئة منتجاتها بشكل عام في علب معدنية، ولكن أيضًا في علب زجاجية أو سيراميك أو بلاستيك.

إذا تم تطبيق مجال كهربائي على القطبين الكهربائيين لبلورة الكوارتز، فإن الرقاقة تتشوه ميكانيكيًا.على العكس من ذلك، إذا تم تطبيق الضغط الميكانيكي على جانبي الشريحة، فسيتم توليد مجال كهربائي في الاتجاه المقابل للرقاقة.وتسمى هذه الظاهرة الفيزيائية التأثير الكهرضغطية.إذا تم تطبيق الفولتية المتناوبة على قطبي الشريحة، فإن الشريحة سوف تولد اهتزازات ميكانيكية، والتي بدورها سوف تولد مجالات كهربائية متناوبة.

بشكل عام، تكون سعة الاهتزاز الميكانيكي للرقاقة وسعة المجال الكهربائي المتناوب صغيرة جدًا، ولكن عندما يكون تردد الجهد المتردد المطبق قيمة محددة، فإن السعة تزيد بشكل كبير، أكبر بكثير من الترددات الأخرى تسمى هذه الظاهرة بالرنين الكهرضغطي، وهو مشابه جدًا لرنين دائرة LC.يرتبط تردد الرنين بوضع القطع والهندسة وحجم الشريحة.

عندما لا تهتز البلورة، يمكن اعتبارها مكثفًا مسطحًا يسمى السعة الكهروستاتيكية C، ويرتبط حجمها بالحجم الهندسي للرقاقة ومساحة القطب، بشكل عام حول عدد قليل من طرق الجلد إلى العشرات من طرق الجلد .عندما تتأرجح البلورة، فإن القصور الذاتي للاهتزاز الميكانيكي يعادل الحث L. بشكل عام، تتراوح قيم L من عشرات إلى مئات الدرجات.يمكن أن تكون مرونة الشريحة معادلة للسعة C، وهي صغيرة جدًا، عادةً ما تكون 0.0002 ~ 0.1 بيكوجرام فقط.الخسارة الناجمة عن الاحتكاك أثناء اهتزاز الرقاقة تعادل R، والتي تبلغ قيمتها حوالي 100 أوم.نظرًا لأن الحث المكافئ للرقاقة كبير جدًا، وC صغير جدًا، وR صغير أيضًا، وبالتالي فإن عامل الجودة Q للدائرة كبير جدًا، يصل إلى 1000 ~ 10000. بالإضافة إلى ذلك، تردد الرنين للرقاقة نفسها يرتبط بشكل أساسي فقط بوضع القطع والهندسة وحجم الشريحة، ويمكن إجراؤه بدقة، بحيث يمكن لدائرة المذبذب المكونة من مرنانات الكوارتز الحصول على استقرار عالي التردد.

تحتوي أجهزة الكمبيوتر على دائرة توقيت، وعلى الرغم من أن مصطلح "الساعة" يستخدم بشكل شائع للإشارة إلى هذه الأجهزة، إلا أنها ليست في الواقع ساعات بالمعنى المعتاد.قد يكون من الأفضل أن يطلق عليهم الموقتات.عادةً ما يكون مؤقت الكمبيوتر عبارة عن بلورة كوارتز مُصنعة بدقة تتأرجح ضمن حدود التوتر الخاصة بها بتردد يعتمد على كيفية قطع البلورة نفسها ومدى التوتر الذي تتعرض له.هناك سجلان مرتبطان بكل بلورة كوارتز، عداد وسجل تعليق.كل تذبذب لبلورة الكوارتز يقلل من العداد بمقدار واحد.عندما ينخفض ​​العداد إلى 0، يتم إنشاء مقاطعة ويقوم العداد بإعادة تحميل القيمة الأولية من سجل التعليق.يتيح هذا الأسلوب برمجة جهاز ضبط الوقت لإنشاء 60 مقاطعة في الثانية (أو بأي تردد آخر مطلوب).كل انقطاع يسمى علامة الساعة.

من الناحية الكهربائية، يمكن أن يكون المذبذب البلوري معادلاً لشبكة ذات طرفين مكونة من مكثف ومقاوم على التوازي ومكثف على التوالي.وفي الهندسة الكهربائية، تمتلك هذه الشبكة نقطتي رنين، تنقسم إلى ترددات عالية ومنخفضة.التردد الأدنى هو الرنين المتسلسل، والتردد الأعلى هو الرنين المتوازي.ونظرًا لخصائص البلورة نفسها، فإن المسافة بين الترددين قريبة جدًا.في هذا النطاق الترددي الضيق للغاية، يكون المذبذب البلوري مكافئًا للمحث، لذلك طالما أن طرفي المذبذب البلوري متصلان بالتوازي مع المكثفات المناسبة، فإنه سيشكل دائرة رنين متوازية.يمكن إضافة دائرة الرنين المتوازية هذه إلى دائرة ردود فعل سلبية لتكوين دائرة تذبذب جيبية.نظرًا لأن نطاق تردد المذبذب البلوري المكافئ للتحريض ضيق جدًا، فإن تردد هذا المذبذب لن يتغير كثيرًا حتى لو اختلفت معلمات المكونات الأخرى بشكل كبير.

يحتوي مذبذب الكريستال على معلمة مهمة، وهي قيمة سعة الحمل، حدد السعة الموازية المساوية لقيمة سعة الحمل، ويمكن الحصول على تردد الرنين الاسمي لمذبذب الكريستال.دائرة التذبذب البلوري العامة هي على طرفي نقيض من مضخم مقلوب متصل بالبلورات لها سعتان تستقبل طرفي البلورات، على التوالي كل سعة على الجانب الآخر من جهاز الاستقبال، يجب أن تكون سعة المكثفين في قيمة متسلسلة متساوية بالنسبة لسعة الحمل، يرجى الانتباه إلى أن دبابيس IC العامة لها سعة إدخال مكافئة، ولا يمكن تجاهل ذلك.بشكل عام، سعة الحمل للمذبذب البلوري هي 15 أو 12.5 جلد.إذا تم أخذ سعة الإدخال المكافئة لأطراف المكونات في الاعتبار، فإن دائرة التذبذب للمذبذب البلوري المكونة من اثنين من مكثفات الجلد 22 هي الخيار الأفضل.