اسیلاتور کریستالی چیست؟

اسیلاتور کریستالی چیست؟

اسیلاتور کریستالی یک قطعه الکترونیکی است که به دلیل خواص و قابلیت‌های منحصر به ‌فردی که دارد، در ساخت نوسان با فرکانس‌های دقیق، نقش مهمی در مدارهای الکترونیکی مدرن بازی می‌کند. در این مقاله به بررسی ماهیت کریستال‌ها، نحوه عملکرد و کاربرد آن‌ها در مدارهای الکترونیکی می‌پردازیم.

اسیلاتور کریستالی چیست؟

اسیلاتور کریستالی یک قطعه حالت جامد است که از دی اکسید سیلیکون (SiO2) ساخته شده و ساختار اتمی بسیار منظمی دارد. این ساختار منظم به اسیلاتور کریستالی، خواص پیزو الکتریکی می‌دهد. پیزو الکتریک در واقع قابلیتی است که بعضی از ماده‌ها برای تولید بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی دارند. در تصویر زیر انواع پکیج‌های اسیلاتور کریستالی مورد استفاده در مدارات الکترونیکی را مشاهده می‌فرمایید:

انواع پکیج اسیلاتور کریستالی

نحوه عملکرد اسیلاتور کریستالی

نحوه عملکرد کریستال در مدارهای الکترونیکی در درجه اول بر اساس اثر پیزوالکتریک است. در این بخش نحوه عملکرد اسیلاتور کریستالی با جزئیات بیشتر توضیح داده شده است:

الف) اثر پیزو الکتریک

هنگامی که فشار مکانیکی به کریستال وارد می‌شود، یک بار الکتریکی را ایجاد می‌کند. همچنین، هنگامی که یک میدان الکتریکی به کریستال اعمال شود، ارتعاشات مکانیکی در این پیزو ایجاد می‌شود. این ارتعاشات در فرکانس دقیقی که بر اساس اندازه، شکل و برش کریستال تعیین می‌شود، رخ می دهد که اساس کاری یک کریستال را تشکیل می‌دهد. بنابراین اثر پیزو دو طرفه است، به این معنی که کریستال می‌تواند انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند و انرژی مکانیکی را به الکتریکی تبدیل کند.

ب) رزونانس

کریستال‌های برش داده شده به گونه‌ای ساخته می‌شوند که در فرکانس‌های طبیعی خاصی که به نام فرکانس‌های تشدید شناخته می‌شوند، ارتعاش کنند. هنگامی که یک جریان متناوب(AC) در این فرکانس رزونانس اعمال می‌شود، کریستال با حداکثر دامنه ارتعاش می‌کند و نوسانی پایدار و دقیق ایجاد می‌کند. این ویژگی برای ایجاد کلاک و فرکانس بسیار دقیق، ضروری است.

کاربرد اسیلاتور کریستالی

از کریستال‌ها در انواع کاربردهای الکترونیکی به منظور کنترل دقیق فرکانس و نوسان پایدار استفاده می‌شود. در این بخش به کاربردهای متداول کریستال در مدارات الکترونیکی اشاره شده است:

1) نوسان سازهای کریستالی

کریستال از اجزای اساسی نوسانگرهای کریستالی است. از این نوسانگرها در ساعت، رادیو، شمارنده، فرکانس متر و کامپیوتر برای اطمینان از زمان‌سنجی و همگام‌سازی دقیق استفاده می‌شود.

2) ریزپردازنده‌ها و میکروکنترلرها

از کریستال برای تولید پالس ساعت در ریزپردازنده‌ها و میکروکنترلرها استفاده می‌شود تا زمان بندی مناسبی را برای اجرای دستورات در میکروکنترلرها فراهم آورد. وجود کریستال باعث می‌شود که پردازنده، دستورالعمل‌ها را با سرعت ثابتی انجام دهد و بدین ترتیب، همگام سازی زمانی در کل سیستم حفظ می‌شود. این همگام سازی برای عملکرد صحیح دستگاه‌های دیجیتال و مدارات منطقی ترتیبی، از دستگاه‌های ساده گرفته تا سیستم‌های محاسباتی پیچیده، بسیار مهم و حیاتی است.

3) دستگاه‌های ارتباطی

در سیستم‌های رادیویی و ارتباطی از انواع کریستال‌ها به منظور تولید فرکانس‌های حامل برای ارسال و دریافت سیگنال‌ها و همچنین انجام مدولاسیون استفاده می‌شود. این موارد شامل تلفن همراه، رادیو و دستگاه‌های ارتباطی ماهواره‌ای می‌باشد. پایداری و دقت نوسان سازهای کریستال به حفظ کانال‌های ارتباطی شفاف و قابل اطمینان مخابراتی به منظور ارسال و دریافت سیگنال‌ها در فرکانس‌های دقیق کمک می‌کند.

4) دستگاه‌های تایمر و زمان بندی

علاوه بر استفاده از کریستال‌ها در ساعت‌ها، از این قطعات در دستگاه‌های زمان بندی مختلف از جمله تایمر، زنگ هشدار و فاصله سنج نیز استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها، برای اندازه گیری دقیق فواصل زمانی به نوسان پایدار کریستال، وابسته هستند. قابلیت اطمینان و دقت کریستال‌ها امکان استفاده از این قطعات را در کاربردهایی که نیاز به زمان بندی دقیق دارند، بسیار مناسب و ایده آل کرده است.

جمع بندی

در این مقاله، نکات مهمی در مورد کریستال‌ها به عنوان نوسان ساز و همچنین نحوه عملکرد و ساختار داخلی این قطعات مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر این، کاربرد های مختلف اسیلاتور کریستالی در الکترونیک و مدارهای مخابراتی به طور کامل توضیح داده شد. تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد اسیلاتور کریستالی و انواع آن به طور کامل در دوره جامع آموزش الکترونیک بررسی کرده‌ایم.

در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید.

منابع: Electronics Tutorials Science Direct

سجاد قابلی

72 مطلب منتشر شده

سجاد قابلی هستم، دکترای الکترونیک قدرت. اینجا هستم تا باهم کلی تجربه ی خوب در مورد برق و الکترونیک به دست بیاریم.

درباره این مطلب نظر دهید !