مدار نوسان ساز کریستالی (Crystal Oscillator Circuit)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)

انواع مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit) را در آموزش زیر شرح دادیم :

مدار نوسان ساز کریستالی (Crystal Oscillator Circuit) :

مدار نوسان ساز کریستالی (Crystal Oscillator Circuit) نوعی نوسان ساز است که از یک کریستال کوارتز (Quartz Crystal) برای تعیین فرکانس نوسان استفاده می کند. کریستال کوارتز خاصیت پیزوالکتریک دارد: اگر به آن ولتاژ اعمال شود، تغییر شکل مکانیکی می دهد و اگر تحت فشار مکانیکی قرار گیرد، ولتاژ تولید می کند. این خاصیت باعث می شود که کریستال بتواند به عنوان یک مدار تشدید (Tank Circuit) با ضریب کیفیت (Q) بسیار بالا (چندین هزار تا چندین میلیون) عمل کند.

مدل الکتریکی کریستال: از نظر الکتریکی، یک کریستال کوارتز را می توان با یک مدار RLC سری (شامل L, C_s, R_s) که موازی با یک خازن خالص (C_p) است، مدل کرد. مقادیر L بسیار بزرگ (هنری)، C_s بسیار کوچک (fF) و R_s کوچک است. این مقادیر باعث می شود Q بسیار بالا باشد. کریستال دو فرکانس تشدید دارد: یکی سری (که امپدانس آن مینیمم است) و دیگری موازی (که امپدانس آن ماکزیمم است). فاصله این دو فرکانس بسیار کم است.

عملکرد نوسان ساز: در یک نوسان ساز کریستالی، کریستال در مدار فیدبک قرار می گیرد تا فرکانس نوسان را با دقت بسیار بالا تثبیت کند. کریستال به دلیل Q بالا، فرکانس را بسیار پایدار نگه می دارد و تغییرات دما و ولتاژ تأثیر بسیار کمی بر آن دارند. انواع مختلفی از نوسان سازهای کریستالی وجود دارد، مانند پیکربندی پیرس (Pierce Oscillator) که بسیار رایج است و تنها با یک کریستال، دو خازن و یک اینورتر (یا ترانزیستور) ساخته می شود.

مزایا:

⭐ پایداری فرکانسی بسیار بالا (در حد ppm - parts per million).

⭐ Q بسیار بالا که باعث خلوص طیف خروجی می شود.

⭐ کوچک و کم هزینه (برای فرکانس های پایین تر از چند ده مگاهرتز).

کاربردها:

⭐ ساعت های دیجیتال (Real-Time Clocks) و میکروکنترلرها: برای تولید سیگنال کلاک دقیق.

⭐ گیرنده ها و فرستنده های مخابراتی: برای تثبیت فرکانس کانال.

⭐ ساعت های مچی و دستگاه های اندازه گیری دقیق.