સિસ્ટલ ઓસિલેટરનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત

ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટરનો સારાંશ

ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટર એ ચોક્કસ અઝીમથ એન્ગલ અનુસાર ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલમાંથી કાપેલા વેફરનો સંદર્ભ આપે છે, ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલ રિઝોનેટર, જેને ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલ અથવા ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે;પેકેજની અંદર IC સાથેના ક્રિસ્ટલ તત્વને ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટર કહેવામાં આવે છે.તેના ઉત્પાદનો સામાન્ય રીતે મેટલ કેસોમાં પેક કરવામાં આવે છે, પણ કાચના કેસ, સિરામિક્સ અથવા પ્લાસ્ટિકમાં પણ.

ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટરનું કાર્ય સિદ્ધાંત

ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટર એ ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલની પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરથી બનેલું રેઝોનન્ટ ઉપકરણ છે.તેની મૂળભૂત રચના લગભગ નીચે મુજબ છે: ચોક્કસ અઝીમથ સ્લાઇસ અનુસાર ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલમાંથી, ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે તેની બે અનુરૂપ સપાટીઓ પર ચાંદીના સ્તર સાથે કોટેડ, દરેક ઇલેક્ટ્રોડ પર લીડ વાયરને વેલ્ડ કરીને પિન સાથે જોડવામાં આવે છે, જે પેકેજ શેલ સાથે જોડાયેલ છે. ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલ રિઝોનેટર, જેને ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલ અથવા ક્રિસ્ટલ, ક્રિસ્ટલ વાઇબ્રેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.તેના ઉત્પાદનો સામાન્ય રીતે મેટલ કેસોમાં પેક કરવામાં આવે છે, પણ કાચના કેસ, સિરામિક્સ અથવા પ્લાસ્ટિકમાં પણ.

જો ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલના બે ઇલેક્ટ્રોડ પર ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, તો ચિપ યાંત્રિક રીતે વિકૃત થાય છે.તેનાથી વિપરીત, જો ચિપની બંને બાજુએ યાંત્રિક દબાણ લાગુ કરવામાં આવે છે, તો ચિપની અનુરૂપ દિશામાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન થશે.આ ભૌતિક ઘટનાને પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર કહેવામાં આવે છે.જો ચિપના બે ધ્રુવો પર વૈકલ્પિક વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે, તો ચિપ યાંત્રિક સ્પંદનો ઉત્પન્ન કરશે, જે બદલામાં વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રો ઉત્પન્ન કરશે.

સામાન્ય રીતે, ચિપના યાંત્રિક કંપનનું કંપનવિસ્તાર અને વૈકલ્પિક વિદ્યુત ક્ષેત્રનું કંપનવિસ્તાર ખૂબ જ નાનું હોય છે, પરંતુ જ્યારે લાગુ વૈકલ્પિક વોલ્ટેજની આવર્તન ચોક્કસ મૂલ્ય હોય છે, ત્યારે કંપનવિસ્તાર નોંધપાત્ર રીતે વધે છે, જે અન્ય ફ્રીક્વન્સીઝ કરતાં ઘણું મોટું હોય છે. , આ ઘટનાને પીઝોઇલેક્ટ્રિક રેઝોનન્સ કહેવામાં આવે છે, જે એલસી સર્કિટના રેઝોનન્સ જેવું જ છે.તેની રેઝોનન્ટ આવર્તન કટીંગ મોડ, ભૂમિતિ અને ચિપના કદ સાથે સંબંધિત છે.

જ્યારે ક્રિસ્ટલ વાઇબ્રેટ કરતું નથી, ત્યારે તેને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક કેપેસીટન્સ C તરીકે ઓળખાતા ફ્લેટ કેપેસિટર તરીકે ગણી શકાય, અને તેનું કદ ચિપના ભૌમિતિક કદ અને ઇલેક્ટ્રોડના ક્ષેત્ર સાથે સંબંધિત છે, સામાન્ય રીતે થોડી ત્વચા પદ્ધતિથી ડઝનેક ત્વચા પદ્ધતિ. .જ્યારે ક્રિસ્ટલ ઓસીલેટ થાય છે, ત્યારે યાંત્રિક કંપનની જડતા ઇન્ડક્ટન્સ Lની સમકક્ષ હોય છે. સામાન્ય રીતે, L મૂલ્યો દસથી સેંકડો ડિગ્રી સુધીની હોય છે.ચિપની સ્થિતિસ્થાપકતા કેપેસીટન્સ Cની સમકક્ષ હોઈ શકે છે, જે ખૂબ જ નાની છે, સામાન્ય રીતે માત્ર 0.0002 ~ 0.1 પિકોગ્રામ.વેફર વાઇબ્રેશન દરમિયાન ઘર્ષણને કારણે થતું નુકસાન R ની સમકક્ષ છે, જેનું મૂલ્ય લગભગ 100 ઓહ્મ છે.કારણ કે ચિપનું સમકક્ષ ઇન્ડક્ટન્સ ખૂબ મોટું છે, અને C ખૂબ નાનું છે, R પણ નાનું છે, તેથી સર્કિટનું ગુણવત્તા પરિબળ Q ખૂબ મોટું છે, 1000 ~ 10000 સુધી. વધુમાં, ચિપની રેઝોનન્ટ આવર્તન પોતે મૂળભૂત રીતે માત્ર કટીંગ મોડ, ભૂમિતિ અને ચિપના કદ સાથે સંબંધિત છે, અને તે ચોક્કસ રીતે કરી શકાય છે, તેથી ક્વાર્ટઝ રેઝોનેટરથી બનેલું ઓસિલેટર સર્કિટ ઉચ્ચ આવર્તન સ્થિરતા મેળવી શકે છે.

કોમ્પ્યુટર્સ પાસે ટાઇમિંગ સર્કિટ હોય છે, અને જો કે "ઘડિયાળ" શબ્દનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે આ ઉપકરણોનો સંદર્ભ આપવા માટે થાય છે, તે વાસ્તવમાં સામાન્ય અર્થમાં ઘડિયાળો નથી.તેઓ કદાચ વધુ સારી રીતે ટાઈમર તરીકે ઓળખાય છે.કોમ્પ્યુટરનું ટાઈમર સામાન્ય રીતે ચોક્કસ રીતે મશીનવાળું ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલ હોય છે જે તેની તાણ મર્યાદામાં આવર્તન પર ઓસીલેટ થાય છે જે ક્રિસ્ટલ પોતે કેવી રીતે કાપવામાં આવે છે અને તે કેટલા તણાવને આધિન છે તેના પર આધાર રાખે છે.દરેક ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલ સાથે બે રજિસ્ટર સંકળાયેલા છે, એક કાઉન્ટર અને હોલ્ડ રજિસ્ટર.ક્વાર્ટઝ ક્રિસ્ટલના દરેક ઓસિલેશન કાઉન્ટરને એકથી ઘટાડે છે.જ્યારે કાઉન્ટર ઘટીને 0 થાય છે, ત્યારે એક વિક્ષેપ જનરેટ થાય છે અને કાઉન્ટર હોલ્ડ રજિસ્ટરમાંથી પ્રારંભિક મૂલ્યને ફરીથી લોડ કરે છે.આ અભિગમ પ્રતિ સેકન્ડ (અથવા કોઈપણ અન્ય ઇચ્છિત આવર્તન પર) 60 વિક્ષેપો પેદા કરવા માટે ટાઈમરને પ્રોગ્રામ કરવાનું શક્ય બનાવે છે.દરેક વિક્ષેપને ઘડિયાળની ટીક કહેવામાં આવે છે.

વિદ્યુત દ્રષ્ટિએ, ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટર એક કેપેસિટરના બે-ટર્મિનલ નેટવર્ક અને સમાંતરમાં રેઝિસ્ટર અને શ્રેણીમાં કેપેસિટર સમાન હોઈ શકે છે.વિદ્યુત ઇજનેરીમાં, આ નેટવર્કમાં બે રેઝોનન્સ પોઇન્ટ છે, જે ઉચ્ચ અને નીચી ફ્રીક્વન્સીમાં વિભાજિત છે.નીચલી આવર્તન શ્રેણી રેઝોનન્સ છે, અને ઉચ્ચ આવર્તન સમાંતર રેઝોનન્સ છે.ક્રિસ્ટલની જ લાક્ષણિકતાઓને લીધે, બે ફ્રીક્વન્સી વચ્ચેનું અંતર એકદમ નજીક છે.આ ખૂબ જ સાંકડી આવર્તન શ્રેણીમાં, ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટર ઇન્ડક્ટરની સમકક્ષ હોય છે, તેથી જ્યાં સુધી ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટરના બે છેડા યોગ્ય કેપેસિટર સાથે સમાંતર રીતે જોડાયેલા હોય ત્યાં સુધી તે સમાંતર રેઝોનન્સ સર્કિટ બનાવશે.આ સમાંતર રેઝોનન્ટ સર્કિટ નેગેટિવ ફીડબેક સર્કિટમાં ઉમેરી શકાય છે જેથી સાઇનસૉઇડલ ઓસિલેશન સર્કિટ બને.કારણ કે ઇન્ડક્ટન્સની સમકક્ષ ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટરની આવર્તન શ્રેણી ખૂબ જ સાંકડી છે, જો અન્ય ઘટકોના પરિમાણો મોટા પ્રમાણમાં બદલાય તો પણ આ ઓસિલેટરની આવર્તન વધુ બદલાશે નહીં.

ક્રિસ્ટલ ઓસિલેટર પાસે એક મહત્વપૂર્ણ પરિમાણ છે, તે લોડ કેપેસીટન્સ મૂલ્ય છે, લોડ કેપેસીટન્સ મૂલ્યની સમાન સમાંતર કેપેસીટન્સ પસંદ કરો, ક્રિસ્ટલ ઓસીલેટરની નજીવી રેઝોનન્સ આવર્તન મેળવી શકે છે.સામાન્ય વાઇબ્રેશન ક્રિસ્ટલ ઓસિલેશન સર્કિટ એ સ્ફટિકો સાથે જોડાયેલા ઇન્વર્ટિંગ એમ્પ્લીફાયરના વિરુદ્ધ છેડા પર હોય છે જેમાં ક્રિસ્ટલના છેડા પ્રાપ્ત થાય છે, અનુક્રમે દરેક કેપેસીટન્સ પ્રાપ્ત કરવાની બીજી બાજુએ હોય છે, શ્રેણી મૂલ્યમાં બે કેપેસિટરની ક્ષમતા સમાન હોવી જોઈએ. લોડ કેપેસીટન્સ માટે, કૃપા કરીને સામાન્ય IC પિન પર ધ્યાન આપો જે સમકક્ષ ઇનપુટ કેપેસીટન્સ ધરાવે છે, આને અવગણી શકાય નહીં.સામાન્ય રીતે, ક્રિસ્ટલ ઓસીલેટરની લોડ કેપેસીટન્સ 15 અથવા 12.5 સ્કીન હોય છે.જો કમ્પોનન્ટ પિનની સમકક્ષ ઇનપુટ કેપેસીટન્સ ગણવામાં આવે તો, બે 22 સ્કીન કેપેસિટર્સથી બનેલા ક્રિસ્ટલ ઓસીલેટરનું ઓસિલેશન સર્કિટ વધુ સારી પસંદગી છે.