40 - Oscilátory harmonických kmitů řízené krystalem

Sinusové oscilátory - úvod:

Oscilátory jsou generátory harmonického střídavého elektrického signálu, který zpracovávají další elektronické obvody. Oscilátor je typický dvojpól (neboť nezpracovává žádný vstupní signál).

V oscilátoru mohou vznikat kmity - oscilace elektrického proudu dvěma způsoby:

- zesilovačem s vhodnou kladnou zpětnou vazbou (zpětnovazební oscilátory);

- elektrickým prvekem se záporným diferenciálním odporem (např. tunelová dioda).

Sinusové generátory se zpětnou vazbou musí splňovat 2 podmínky oscilace, aby došlo ke vzniku oscilací, a to:

1) Amplitudová podmínka:

(říká, že oscilátor může kmitat pouze tehdy, jestliže pokles zesílení vyrovnává zpětnovazební článek);

2) Fázová podmínka:

(říká, že kmitání se může udržet pouze tehdy, je-li výstupní napětí ve fázi se vstupním napětím).

Splnění podmínek oscilací se dosahuje zapojením kladné zpětné vazby s využitím:

- rezonančního obvodu LC;

- krystalu (druh rezonančního obvodu);

- obvodů RC.

Krystalové oscilátory - úvod:

Krystalové oscilátory jsou oscilátory, které používají piezoelektrický rezonátor - křemenný krystal (schématická značka obr. A). Krystal se přiloženým napětím deformuje a naopak při deformaci se na jeho polepech objeví elektrické napětí. V elektrickém obvodu se pak chová jako velmi jakostní rezonanční obvod (Q = 104 až 106).

Na obr. B je náhradní schéma oscilátoru, kde kapacita C (velmi malá) a indukčnost L (velká) tvoří sériový rezonanční obvod, R je ztrátový odpor krystalu a Cp je kapacita polepů krystalu a vývodů.

Na obr. C jsou frekvenční charakteristiky krystalu, které ukazují, že krystal se chová jako rezonanční soustava, která rezonuje sériově na frekvenci fs a paralelně na frekvenci fp. Oscilátory řízené krystalem využívají buď jednu, nebo druhou frekvenci.

Rezonanční frekvence krystalu je u sériové rezonance fs shodná s Thomsonovým vztahem: , a u paralelní rezonance fp se připojuje ke krystalu relativně velká kapacita, aby se omezil vliv parazitní kapacity Cp, pak bude paralelní rezonance fp téměř shodná s rezonancí sériovou fs, tj. fp fs.


Krystalové oscilátory - zapojení:

Vzhledem k tomu, že v krystalu platí L > C, a chceme-li, aby kmitočet oscilátoru byl určen výhradně krystalem musí se do základního obvodu zapojit tak, aby jeho impedance měla indukční charakter.

Krystalové oscilátory se v podstatě mohou realizovat tak, že u LC oscilátoru nahradíme rezonanční obvod krystalem, který pracuje s paralelní rezonancí. Je však třeba respektovat to, že náhradní kapacita nebo indukčnost krystalu nemůže být využita k přivedení provozního napětí nebo jako dělič, a proto při realizaci je nutné použít přídavný dělič nebo transformátor. V principu skutečné zapojením krystalu v oscilátoru je na obr. D - Pircovo zapojení a na obr. E - Clappovo zapojení.

Krystalové oscilátory - vlastnosti, užití:

Vlastnosti: vf oscilátory s vysokou stabilitou kmitočtu (10-6 až 10-10, tj. např. při stabilitě 10-6 to znamená, že při kmitočtu 1 MHz je odchylka maximálně 1 Hz od jmenovitého kmitočtu)

Užití: pro přesné frekvence v měřicích přístrojích, digitálních hodinách, apod.


dlabos.wz.cz