Crystal Oscillator Circuit:hoe je er een kunt bouwen

Bent u een ingenieur of fabrikant die inzicht wil krijgen in de frequentie van volgtijd of het stabiliseren van radiozenders en -ontvangers? Zo ja, dan moet u een breed begrip hebben van een kristaloscillatorcircuit met belastingscapaciteit. Zo bouw je een project op, zoals een horloge dat de tijd bijhoudt of kloksignalen geeft. Ook vind je de kristaloscillatorcircuits meestal in RF-oscillatoren.

In dit artikel zullen we het dus uitgebreid hebben over kristaloscillatoren.

Wat is een kristaloscillatorcircuit?

Kristaloscillatordiagram

Bron:Wikimedia Commons

In eenvoudiger bewoordingen is een kristaloscillatorcircuit de elektronische printplaat die het apparaat herbergt dat een specifieke frequentie produceert. Het is ook een elektronisch oscillatorcircuit dat werkt met de mechanische resonantie van een vibrerend kristal om een ​​consistente frequentie te genereren.

Verder kunt u de frequentie die wordt geproduceerd door een kristaloscillator voor het volgende gebruiken:

• Tijd volgen in quartzhorloges
• Genereer stabiel signaal voor digitale IC's
• Een breed scala aan radio-ontvanger- en zenderfrequenties stabiliseren en onderhouden

Ook is een kristaloscillator sterk afhankelijk van getransponeerde piëzo-elektriciteit of elektrostrictie om effectief te kunnen functioneren. En het proces vindt plaats wanneer je veranderingen hebt in de vorm van een kwartskristal binnen een elektrisch veld.

Hoe werkt de kristaloscillator?

De kristaloscillator maakt gebruik van het omgekeerde piëzo-elektrische effectprincipe. En het resonantiecircuit omvat weerstand (wrijving van de interne structuur van het kristal), inductantie (kristalmassa), capaciteit C1 (capaciteit van de mechanische vorming van het kristal) en capaciteit C2 (conformiteit).

Dus wanneer u een elektrisch modelveld op het circuit toepast, zal het mechanische vervorming over sommige materialen veroorzaken. De loop produceert ook een potentiaalverschil over de tegenoverliggende vlakken van het kristal.

Evenzo, als u een potentiaalverschil heeft dat van toepassing is op een van de vlakken, zal mechanische spanning het gevolg zijn. En deze mechanische spanning is het piëzo-elektrische effect.

Meestal is kwarts het beste kristal om voor dit circuit te gebruiken. Daarnaast is het superieur aan de meeste resonatoren; Kwarts is draagbaar. Ze zijn ook zeer stabiel, economisch verwant, gemakkelijk verkrijgbaar en hebben een goede kwaliteitsfactor.

Dat gezegd hebbende, je piëzo-elektrische kristal kan een mechanische trilling hebben wanneer je het onderwerpt aan een geschikt wisselpotentiaal. Bovendien, wanneer het frequentiebereik van uw wisselspanning gelijk is aan de natuurlijke frequentie van uw kristal, krijgt u een maximum van de amplitude van uw mechanische trillingen.

Bovendien verklaart het equivalente elektrische circuit de werking van het kristal. Ook heeft de kwartskristaloscillator twee fundamentele resonanties, zoals parallelle en serieresonanties.

Hoe maak je kristaloscillatorcircuits?

Hier zijn enkele voorbeelden van kristaloscillatorcircuits:

1. Kristaloscillatorcircuits met 74LS04

Kristaloscillator met 74LS04

Bron:Researchgate ℅ Xiao Chen

Het is vrij gebruikelijk om dit type circuit te vinden in digitale toepassingen. En dat komt omdat het verschillende golfvormen produceert. Ze helpen ook om een ​​reeks frequenties te creëren als basistijd.

Sommige onderdelen die het circuit gebruikt zijn:

• Kristal om te verbinden met een weerstand
• Een condensator en weerstand in het RC-oscillatorcircuit
• Het LC-oscillatorcircuit met condensatoren en draden

Werkingsprincipe

Dit circuit komt overeen met twee weerstanden van dezelfde weerstand (1K tot 4,7K) met een kristaloscillatorontwerp (1MHz tot 10MHz). En het werkt met twee inverterpoorten die binnen IC1 parallelle resonantie vallen.

Op basis van het kristal dat uw circuit gebruikt, kan het een uitvoer-overtoonfrequentietolerantie van 1 MHz tot 10 MHz genereren. U kunt ongetwijfeld enkele kleine defecten ondervinden in de stabiliteit van de uitgangsfrequentie.

En dit gebeurt vanwege temperatuurveranderingen wanneer het circuit in werking is. Bijgevolg beïnvloedt het de capaciteit van het kristal en creëert het frequentietoleranties. Maar als je dit circuit vergelijkt met de gewone oscillatoren die LC- of RC-netwerken gebruiken, heeft het een lagere waarde.

Verder gebruikt deze schakeling een laag stroomverbruik. Je kunt dus kiezen voor een constante voeding van 5V. Bovendien kunt u de output op een constante spanning houden door een DCV-voeding van 9 tot 12 volt te gebruiken op een DC-regelaar IC2-78L05.

Wanneer de condensatoren (C1, C2) stroom filteren, trekt C2 een hoge frequentie en beschermt het circuit tegen interferentie.

Dat gezegd hebbende, hier zijn de componenten die je nodig hebt voor dit circuit:

• XTAL1 – kristallen tussen 1MHz en 10MHz
• R1, R2 – 1K tot 4,7K (1/4W + 5%)
• C3 – 2,2 µF (16V) elektrolytisch
• IC1 – 74LS04, Inverterpoort IV
• C1 – 10µF (16V) elektrolytisch
• IC2 – 78L05 (5V)
• Universele printplaat
• D1 – 1N4001 (1A 50V) diode
• C2 – 0,1 µF (50V) polyester

Het circuit testen met TTL 74LS04

Omdat dit circuit goedkoop en eenvoudig is, heb je een kristal, een TTL SN7404 en vier weerstanden nodig. De weerstanden (R1 tot R4) zullen de poorten van de boominverter naar de lineaire gebieden sturen, terwijl het kristal feedback geeft.

Ook vindt oscillatie alleen plaats bij de primaire frequentie van het kristal. Dan, bij 5V p-p, zou je uitgangssignaal een blokgolfoscillator moeten vormen.

2. Boventoonoscillator

Boventoonoscillator

Bron:Researchgate ℅ Peter Pfeifer

Een boventoonoscillator is handig als je geen standaard geslepen kristallen kunt maken en je kwartswafel vrij dun is. Uw oscillator heeft bijvoorbeeld een afgestemde belasting van een 144 zender met een frequentiebron.

En de belasting heeft meestal een oneven veelvoud van de primaire frequentie van het kristal. Daarom is een boventoonoscillator het meest geschikt voor deze toepassing. De boventoonkristallen in deze oscillator zijn 11,6 MHz en stemmen af ​​op de derde harmonische van 34,8 MHz.

De primaire windingen van dit circuit zijn 15 met een uitgangstransformator (Amidon T-50_6). Wat betreft de secundaire beurten, het hangt af van wat u op de opstelling aansluit. Dus als je output een meer drievoudig circuit volgt, zal het apparaat de bron zijn voor een transceiver van 104 MHz kristal.

3. CD4060 Kristaloscillator Circuit

Kristaloscillator met CD4060

Bron:Researchgate

Dat gezegd hebbende, de cursus omvat IC4013 en IC4060. Deze schakeling heeft een frequentiegrootte van ongeveer 1 Hz of 2 Hz. En je kunt het gebruiken voor een standaard digitale klok of een normaal klokcircuit. Ook is de IC4060 een enkelwerkende Oscillator en Counter. En je kunt de frequentie bepalen met de externe condensator en weerstand.

Verder heeft de IC4060 kwartskristal en is het de standaard frequentiegenerator van het circuit. De condensator wordt niet weggelaten omdat deze helpt bij het aanpassen van de periode. En de IC4060 heeft een tegenstroom binnen - met een frequentie van 2 Hz die pin 3 verdeelt. Als je twee van de kloksignaalfrequenties wilt delen, gebruik dan de IC4015.

4. Radiofrequentieoscillatoren

RF-oscillatorcircuitontwerp

Bron:Researchgate ℅ CCBY

Als je goed naar het schakelschema kijkt, zie je de belangrijkste kristaloscillator in de linkerbenedenhoek. Je ziet ook een kleine eindversterker van 1 W.

Het onderdeel helpt bij het aansturen van een laagdoorlaatfilter en een bijpassende schakeling.

Vervolgens gebruikt de oscillator een sleutelvormend circuit om de oscillator in en uit te schakelen.

Bijgevolg zal het circuit zachtjes starten en stoppen. Verder helpt het de overdracht van klikken te voorkomen.

Het apparaat biedt meer vermogen en een schonere golfvorm, en dat is allemaal te danken aan het afvoercircuit van de FET-oscillator. Interessant is dat de baan stroom heeft van een 40 meter lange amateurband QRP morsecode of continue golf (microschakelaar) zender.

5. Inverterende poortoscillatoren

Inverterende poortoscillatoren

De inverterende poortoscillatoren zijn een van de eenvoudigste oscillatoren die je kunt maken. Het beste is dat u kunt kiezen voor bijna elke CMOS met inverterende poort, die zal werken. U kunt dus CMOS met inverterende poort gebruiken, zoals 74HC14, 4069, 74HC04, enz.

Verder hebben volledig digitale poorten meestal weer. Maar als je wilt dat ze werken als versterkers, voorinstel ze dan met een weerstand van ongeveer 1M5 en hoger. Ook kan uw circuit een faseverschuiving van 1800 bieden. En de enige manier waarop u positieve feedback van 3600 kunt maken en oscillatie kunt initiëren, is door condensatoren te gebruiken. De condensatoren zullen u helpen om de resterende faseverschuiving te leveren.

Dat gezegd hebbende, geen van de componenten in dit circuit is kritisch. De condensatoren (C1 en C2) kunnen dus variëren van 10p tot 100p. Aan de andere kant kan uw weerstand (R1) tussen 10K en 10M zijn. Kortom, uw waarden moeten afhangen van de slijpvorm en frequentie van uw kristal.

Wat als u nauwkeurige waarden wilt? U kunt dit krijgen door ervoor te zorgen dat uw C1 een variabele condensator is. Maar als je die precisie niet nodig hebt, kies dan voor een tweede 39p condensator.

Toepassingen van de kristaloscillator

U kunt de kristaloscillator gebruiken voor de volgende kritische toepassingen:

• Videogames
• Modems
• Persoonlijke computers
• Auto-applicatie
• Telecommunicatie
• Motorbesturing
• Digitale systemen
• GPS-systemen
• Temperatuursensoren
• Kabeltelevisiesystemen

Waar het op neerkomt

Ongetwijfeld geeft het hebben van diepgaande informatie boven het kristaloscillatorcircuit je een aanzienlijke voorsprong bij het maken van specifieke elektronische apparaten, voornamelijk doe-het-zelf.

Daarom hebben we dit artikel geschreven, om je te helpen op je reis om meer te weten te komen over kristaloscillatorcircuits.

Daarom beantwoorden we graag al uw vragen over dit artikel. Dus voel je vrij om ons te bereiken, en we nemen zo snel mogelijk contact met je op.