水晶発振器の回路と動作

水晶発振器は、圧電材料の振動する結晶の機械的共振に使用される電子発振器回路です。それは与えられた周波数で電気信号を作成します。この周波数は通常、時間を追跡するために使用されます。たとえば、腕時計はデジタル集積回路で安定したクロック信号を提供するために使用され、無線送信機と受信機の周波数を安定させるためにも使用されます。水晶振動子は主に無線周波数（RF）発振器で使用されます。水晶振動子は最も一般的なタイプです 圧電共振器 、発振回路では、水晶発振器として知られるように使用しています。水晶発振器は、負荷容量を提供するように設計する必要があります。

発振器にはさまざまな種類があります 電子回路 使用されているのは、次のとおりです。線形発振器–ハートレー発振器、位相シフト発振器、アームストロング発振器、クラップ発振器、 コルピッツ発振器 。リラクゼーションオシレーター–ロイヤーオシレーター、リングオシレーター、マルチバイブレーター、 電圧制御発振器 （VCO）。すぐに、水晶発振器の動作やアプリケーションなどの水晶発振器について詳しく説明します。

クォーツクリスタルとは何ですか？

水晶は圧電効果として知られる非常に重要な特性を示します。結晶の面全体に機械的圧力が加えられると、機械的圧力に比例する電圧が結晶全体に現れます。その電圧は水晶に歪みを引き起こします。歪んだ量は、印加電圧と、水晶に固有振動数で振動させる代替電圧に比例します。

クォーツクリスタル回路

下の図は 電子記号 圧電結晶共振器と、抵抗器、インダクター、コンデンサーで構成される電子発振器の水晶振動子の組み合わせ。

水晶発振器の回路図

上の図は、20pscの新しい16MHz水晶発振器であり、16MHzの周波数で動作する水晶発振器の一種です。

水晶発振器

一般的に、 バイポーラトランジスタ またはFETは水晶発振器回路の構築に使用されます。それの訳は オペアンプ sは、100KHz未満で動作可能な、さまざまな低周波発振回路で使用できます。 アンプ 動作する帯域幅がありません。 1MHzを超える水晶に一致するより高い周波数では問題になります。

この問題を克服するために、コルピッツ水晶発振器が設計されています。それはより高い周波数で動作します。このオシレーターでは、 LCタンク回路 フィードバック振動を提供するものは、水晶に置き換えられました。

水晶発振器の回路図

水晶発振器の動作

水晶発振回路は通常、逆圧電効果の原理で動作します。印加された電界は、いくつかの材料にわたって機械的変形を引き起こします。したがって、特定の周波数の電気信号を生成するために圧電材料で作られた振動結晶の機械的共振を利用します。

通常、水晶発振器は非常に安定しており、品質係数（Q）が高く、サイズが小さく、経済的に関連しています。したがって、水晶発振器回路は、LC回路、音叉などの他の共振器と比較して優れています。一般的に マイクロプロセッサとマイクロコントローラ 8MHzの水晶発振器を使用しています。

同等のもの 電子回路 また、結晶の結晶作用についても説明します。上記の同等の電気回路図をご覧ください。回路で使用される基本的なコンポーネント、 インダクタンス Lは結晶質量を表し、静電容量C2はコンプライアンスを表し、C1はを表すために使用されます 静電容量 それは結晶の機械的成形のために形成されます、 抵抗 Rは水晶の内部構造の摩擦を表します。水晶振動子の発振回路図は、直列共振と並列共振などの2つの共振、つまり2つの共振周波数で構成されます。

水晶発振器の動作

直列共振は、静電容量C1によって生成されるリアクタンスがインダクタンスLによって生成されるリアクタンスと等しく、反対の場合に発生します。frとfpはそれぞれ直列共振周波数と並列共振周波数を表し、「fr」と「fp」の値は次を使用して決定できます。次の図に示す次の式。

上の図は、等価回路、共振周波数のプロットグラフ、共振周波数の式を示しています。

水晶発振器の使用

一般に、マイクロプロセッサやマイクロコントローラの設計では、クロック信号を提供するために水晶発振器が使用されることがわかっています。たとえば、考えてみましょう 8051マイクロコントローラー 、この特定のコントローラーでは、外部水晶発振器回路は必須の12MHzで動作しますが、この8051マイクロコントローラー（モデルに基づく）は40 MHz（最大）で動作できますが、ほとんどの場合、12MHzを提供する必要があります。マシンサイクル8051は12クロックサイクルを必要とするため、1MHz（12MHzクロックを取る）から3.33MHz（最大40MHzクロックを取る）で実効サイクルレートを与えることができます。 1MHzから3.33MHzのサイクルレートを持つこの特定の水晶発振器は、すべての内部動作の同期に必要なクロックパルスを生成するために使用されます。

水晶発振器の応用

水晶発振器にはさまざまな分野でさまざまな用途があり、水晶発振器の用途のいくつかを以下に示します。

コルピッツ水晶発振器アプリケーション

コルピッツ発振器 非常に高い周波数で正弦波出力信号を生成するために使用されます。この発振器は、次のようなさまざまなタイプのセンサーとして使用できます。 温度センサー コルピッツ回路で使用しているSAWデバイスにより、表面から直接感知します。

コルピッツ水晶発振器

コルピッツ発振器のアプリケーションには、主に広範囲の周波数が使用される場所が含まれます。減衰のない連続発振状態でも使用されます。コルピッツ回路のいくつかのデバイスを使用すると、より優れた温度安定性と高周波を実現できます。

移動通信および無線通信の開発に使用されるコルピッツ。

アームストロング水晶発振器のアプリケーション

この回路は1940年代まで人気がありました。これらは、再生ラジオ受信機で広く使用されています。その入力では、アンテナからの無線周波数信号が追加の巻線を介してタンク回路に磁気的に結合され、フィードバックが低減されてフィードバックループの制御が得られます。最後に、狭帯域の無線周波数フィルターと増幅器を生成します。この水晶発振器では、LC共振回路がフィードバックループに置き換えられています。

アームストロング水晶発振器

軍事および航空宇宙

効率的な通信システムのために、水晶発振器は軍事および航空宇宙で使用されています。ザ・ 通信システム 誘導システムにおけるナビゲーション目的と電子戦を確立することです

研究と測定

水晶発振器は、天体航法や宇宙追跡の目的での研究や測定、医療機器や測定機器で使用されています。

水晶発振器の産業用アプリケーション

水晶発振器には多くの産業用途があります。これらは、コンピューター、計装、デジタルシステム、フェーズロックループシステム、モデム、船舶、電気通信、センサー、およびディスクドライブで広く使用されています。

水晶発振器は、エンジン制御、クロック、コンピューター、ステレオ、およびGPSシステムのトリップにも使用されます。これは自動車用アプリケーションです。

水晶発振器は多くの消費財に使用されています。たとえば、ケーブルテレビシステム、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、おもちゃやビデオゲーム、携帯電話、ラジオシステムなどです。これは水晶発振器の消費者向けアプリケーションです。

これはすべて何であるかについてです 水晶発振器 、それは機能しています、そしてアプリケーション。この記事に記載されている情報は、この概念をよりよく理解するのに役立つと信じています。さらに、この記事に関する質問や実装のヘルプ 電気および電子プロジェクト 、下のコメントセクションにコメントすることで私たちにアプローチすることができます。ここにあなたへの質問があります、水晶発振器の主な機能は何ですか？

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