¿Qué es un oscilador de cristal?

El oscilador de cristal generalmente se llama resonador de cristal. Es un dispositivo electromecánico que está hecho de cristal de cuarzo con una pérdida eléctrica muy pequeña, que se corta y rectifica con precisión, se recubre con electrodos y se suelda con cables. Este tipo de cristal tiene una característica muy importante: si lo energizas, producirá una oscilación mecánica. Por el contrario, si le aplicas fuerza mecánica, producirá electricidad. Esta característica se llama efecto electromecánico. Tienen una característica muy importante, su frecuencia de oscilación está muy relacionada con su forma, material, dirección de corte, etc. Debido a que las propiedades químicas del cristal de cuarzo son muy estables, el coeficiente de expansión térmica es muy pequeño y su frecuencia de oscilación también es muy estable. Dado que el tamaño geométrico se puede controlar con mucha precisión, su frecuencia de resonancia también es muy precisa. Según el efecto electromecánico del cristal de cuarzo, podemos equipararlo a un circuito de oscilación electromagnética, es decir, un circuito resonante. Su efecto electromecánico es la conversión continua de electromecánico - electromecánico - electromecánico..., y el circuito resonante compuesto de inductancia y capacitancia es la conversión continua de campo eléctrico - campo magnético. La aplicación en el circuito en realidad lo trata como un circuito resonante electromagnético de alta Q. Dado que la pérdida del cristal de cuarzo es muy pequeña, es decir, el valor Q es muy alto, cuando se usa como oscilador, puede producir una oscilación muy estable. Cuando se usa como filtro, se puede obtener una curva de paso de banda o de eliminación de banda muy estable y pronunciada. obtenido.

Crystal oscillator es la abreviatura de quartz oscillator, y su nombre en inglés es Crystal. Es el componente más importante del circuito de reloj. Su función es proporcionar la frecuencia de referencia a varias partes de la tarjeta gráfica. tarjeta de red, placa base y otros accesorios. Al igual que una regla, la frecuencia de funcionamiento inestable provocará una frecuencia de funcionamiento inestable del equipo relacionado, lo que naturalmente es propenso a problemas. Debido a la mejora continua de la tecnología de fabricación, indicadores técnicos importantes como la desviación de frecuencia, la estabilidad de la temperatura, la tasa de envejecimiento y el sellado de los osciladores de cristal ahora son muy buenos y ya no son propensos a fallar. Sin embargo, aún se puede prestar atención a ellos. la calidad del oscilador de cristal al seleccionarlo. ¿Cuál es el papel específico de los osciladores de cristal en las aplicaciones? Las fuentes de reloj de microcontroladores se pueden dividir en dos categorías: fuentes de reloj basadas en dispositivos resonantes mecánicos, como osciladores de cristal y tanques resonantes cerámicos RC (resistencia, condensador); Una es la configuración del oscilador Pierce, adecuada para osciladores de cristal y tanques resonantes cerámicos. El otro es un oscilador RC discreto simple. Los osciladores basados ​​en tanques resonantes de cristal y cerámica generalmente proporcionan una precisión inicial muy alta y coeficientes de temperatura bajos. Los osciladores RC se inician rápidamente y tienen un costo relativamente bajo, pero generalmente tienen poca precisión sobre la temperatura y el voltaje de suministro operativo, variando entre el 5% y el 50% de la frecuencia de salida nominal. Sin embargo, su rendimiento se ve afectado por las condiciones ambientales y la selección de componentes del circuito. Es necesario prestar especial atención a la selección de componentes y al diseño de la placa del circuito oscilador.

Cuando se utiliza, el circuito del tanque resonante cerámico y la capacitancia de carga correspondiente deben optimizarse de acuerdo con la serie lógica específica. Los cristales con Q alto no son sensibles a la elección del amplificador, pero son propensos a sufrir derivas de frecuencia (y posiblemente daños) cuando se sobreexcitan. Los factores ambientales que afectan el funcionamiento del oscilador incluyen: interferencia electromagnética (EMI), vibraciones y golpes mecánicos, humedad y temperatura. Estos factores pueden aumentar la variación de la frecuencia de salida, aumentar la inestabilidad y, en algunos casos, provocar que el oscilador se detenga. La mayoría de los problemas anteriores se pueden evitar utilizando un módulo oscilador. Estos módulos tienen un oscilador incorporado, proporcionan una salida de onda cuadrada de baja impedancia y están garantizados para funcionar bajo ciertas condiciones. Los dos tipos más utilizados son los módulos de oscilador de cristal y los osciladores RC integrados (osciladores de silicio). Los módulos de oscilador de cristal proporcionan la misma precisión que los osciladores de cristal discretos. La precisión de los osciladores de silicio es mayor que la de los osciladores RC discretos y, en la mayoría de los casos, puede proporcionar una precisión comparable a la de los tanques resonantes cerámicos. También es necesario considerar el consumo de energía al elegir un oscilador. El consumo de energía de un oscilador discreto está determinado principalmente por la corriente de suministro del amplificador de retroalimentación y el valor de capacitancia dentro del circuito. El consumo de energía del amplificador CMOS es proporcional a la frecuencia de funcionamiento y se puede expresar como el valor de capacitancia de disipación de potencia. Por ejemplo, el valor de capacitancia de disipación de potencia de la puerta del inversor HC04 es 90pF. Cuando se opera con una fuente de alimentación de 4 MHz y 5 V, equivale a una corriente de suministro de 1,8 mA. Junto con la capacitancia de carga del cristal de 20 pF, la corriente de suministro total es de 2,2 mA. Los circuitos de tanque resonante cerámico generalmente tienen una capacitancia de carga mayor y, en consecuencia, requieren más corriente. En comparación, los módulos de oscilador de cristal generalmente requieren una corriente de suministro de energía de 10 mA ~ 60 mA. La corriente de suministro de un oscilador de silicio depende de su tipo y función y puede variar desde unos pocos microamperios para dispositivos de baja frecuencia (fijos) hasta unos pocos miliamperios para dispositivos programables. Un oscilador de silicio de baja potencia, como el MAX7375, requiere menos de 2 mA a 4 MHz. La optimización de la fuente de reloj para una aplicación específica requiere una consideración integral de los siguientes factores: precisión, costo, consumo de energía y requisitos ambientales.

El oscilador de cristal controla la frecuencia de reloj de la CPU, que es el ciclo que genera niveles altos y bajos (generando un nivel alto y un nivel bajo como un ciclo). En términos generales, cuanto mayor es la frecuencia, cuanto mejor sea la computadora, cuanto más rápida sea la velocidad de procesamiento por unidad de tiempo, el oscilador de cristal en sí no oscilará, pero resonará con el circuito externo a una frecuencia fija. La premisa es que la frecuencia de oscilación del circuito externo debe ser consistente con la. Frecuencia de oscilación natural del oscilador de cristal, al menos Muy cerca, de lo contrario el circuito dejará de oscilar. En cuanto a las pruebas, generalmente en situaciones de aficionados, si se usa un multímetro para medir la resistencia (la aguja se mueve), entonces está dañado (la aguja con una frecuencia de oscilación muy baja también se moverá ligeramente, pero vuelve inmediatamente a cero), y la aguja no se mueve (la resistencia es infinita), puede que esté bien. Puede que haya un circuito abierto en el cable.