Um oscilador de cristal é um circuito oscilador eletrônico usado para a ressonância mecânica de um cristal vibrante de material piezoelétrico. Ele criará um sinal elétrico com uma determinada frequência. Esta frequência é comumente usada para controlar o tempo, por exemplo, relógios de pulso são usados em circuitos integrados digitais para fornecer um sinal de relógio estável e também para estabilizar frequências para transmissores e receptores de rádio. O cristal de quartzo é usado principalmente em osciladores de radiofrequência (RF). O cristal de quartzo é o tipo mais comum de ressonador piezoelétrico , em circuitos osciladores, estamos usando-os então ficou conhecido como osciladores de cristal. Os osciladores de cristal devem ser projetados para fornecer uma capacitância de carga.
Existem diferentes tipos de oscilador Circuitos eletrônicos que estão em uso, são eles: osciladores lineares - oscilador Hartley, oscilador de deslocamento de fase, oscilador Armstrong, oscilador Clapp, Oscilador Colpitts . Osciladores de relaxamento - oscilador Royer, oscilador de anel, multivibrador e Oscilador de tensão controlada (VCO). Em breve iremos discutir em detalhes os osciladores de cristal, como o funcionamento e as aplicações de um oscilador de cristal.
O que é um cristal de quartzo?
Um cristal de quartzo exibe uma propriedade muito importante conhecida como efeito piezoelétrico. Quando a pressão mecânica é aplicada nas faces do cristal, uma voltagem que é proporcional à pressão mecânica aparece no cristal. Essa tensão causa distorção no cristal. A quantidade distorcida será proporcional à voltagem aplicada e também a uma voltagem alternativa aplicada a um cristal que faz vibrar em sua frequência natural.
Circuito de Cristal de Quartzo
A figura abaixo representa o símbolo eletrônico de um ressonador de cristal piezoelétrico e também de cristal de quartzo em um oscilador eletrônico que consiste em resistor, indutor e capacitores.
Diagrama de circuito do oscilador de cristal
A figura acima é um Novo Oscilador de Cristal de Quartzo de 16 MHz de 20psc e é um tipo de oscilador de cristal, que funciona com a frequência de 16 MHz.
Oscilador de cristal
Geralmente, transistores bipolares ou FETs são usados na construção de circuitos osciladores de cristal. Isto é porque amplificador operacional s pode ser usado em diferentes circuitos osciladores de baixa frequência que estão abaixo de 100 KHz, mas operacionais amplificadores não tem largura de banda para operar. Será um problema nas frequências mais altas que correspondem aos cristais que estão acima de 1MHz.
Para superar este problema, o oscilador de cristal Colpitts foi projetado. Funcionará em frequências mais altas. Neste oscilador, o Circuito tanque LC que fornece as oscilações de feedback foi substituído por um cristal de quartzo.
Diagrama de circuito do oscilador de cristal
Oscilador de cristal funcionando
O circuito oscilador de cristal geralmente funciona com o princípio do efeito piezoelétrico inverso. O campo elétrico aplicado produzirá uma deformação mecânica em alguns materiais. Assim, ele utiliza a ressonância mecânica do cristal vibrante, que é feito com um material piezoelétrico para gerar um sinal elétrico de uma determinada frequência.
Normalmente, os osciladores de cristal de quartzo são altamente estáveis, consistem em fator de boa qualidade (Q), são pequenos em tamanho e estão economicamente relacionados. Conseqüentemente, os circuitos osciladores de cristal de quartzo são mais superiores em comparação com outros ressonadores como circuitos LC, diapasões. Geralmente em Microprocessadores e microcontroladores estamos usando um oscilador de cristal de 8 MHz.
O equivalente circuito elétrico também descreve a ação cristalina do cristal. Basta olhar para o diagrama de circuito elétrico equivalente mostrado acima. Os componentes básicos usados no circuito, indutância L representa a massa do cristal, capacitância C2 representa conformidade e C1 é usado para representar a capacitância que é formado por causa da moldagem mecânica do cristal, resistência R representa o atrito da estrutura interna do cristal. O diagrama do circuito do oscilador de cristal de quartzo consiste em duas ressonâncias, como ressonância em série e em paralelo, ou seja, duas frequências ressonantes
Oscilador de cristal funcionando
A ressonância em série ocorre quando a reatância produzida pela capacitância C1 é igual e oposta à reatância produzida pela indutância L. O fr e fp representam as frequências de ressonância em série e paralela, respectivamente, e os valores de 'fr' e 'fp' podem ser determinados usando as seguintes equações mostradas na figura abaixo.
O diagrama acima descreve um circuito equivalente, gráfico para frequência de ressonância, fórmulas para frequências de ressonância.
Usos do oscilador de cristal
Em geral, sabemos que, no projeto de microprocessadores e microcontroladores, osciladores de cristal são usados com o objetivo de fornecer os sinais de clock. Por exemplo, vamos considerar Microcontroladores 8051 , neste controlador em particular um circuito oscilador de cristal externo funcionará com 12MHz que é essencial, embora este microcontrolador 8051 (baseado no modelo) seja capaz de trabalhar a 40 MHz (máx.) tenha que fornecer 12MHz na maioria dos casos porque para um o ciclo da máquina 8051 requer 12 ciclos de clock, de modo que forneça a taxa de ciclo efetiva de 1 MHz (levando o clock de 12MHz) a 3,33 MHz (levando o clock máximo de 40 MHz). Este oscilador de cristal particular, que tem taxa de ciclo de 1 MHz a 3,33 MHz, é usado para gerar pulsos de clock que são necessários para a sincronização de todas as operações internas.
Aplicação do Oscilador de Cristal
Existem várias aplicações para o oscilador de cristal em vários campos e algumas das aplicações do oscilador de cristal são fornecidas abaixo
Aplicação Colpitts Crystal Oscillator
Oscilador Colpitts é usado para gerar um sinal de saída senoidal em frequências muito altas. Este oscilador pode ser usado como os diferentes tipos de sensores, como sensores de temperatura Por causa do dispositivo SAW que estamos usando no circuito Colpitts, ele detecta diretamente de sua superfície.
Oscilador de Cristal Colpitts
As aplicações dos osciladores Colpitts envolvem principalmente onde a ampla faixa de frequências é usada. Também usado na condição de oscilação contínua e sem amortecimento. Usando alguns dispositivos do circuito Colpitts, podemos alcançar maior estabilidade de temperatura e alta frequência.
Colpitts usado para o desenvolvimento de comunicações móveis e comunicações de rádio.
Aplicações do oscilador de cristal Armstrong
Este circuito foi popular até a década de 1940. Estes são amplamente usados nos receptores de rádio regenerativos. Nessa entrada, o sinal de radiofrequência da antena é acoplado magneticamente ao circuito do tanque por meio de um enrolamento adicional e o feedback é reduzido para obter o controle no circuito de feedback. Finalmente, ele produz um filtro e um amplificador de radiofrequência de banda estreita. Neste oscilador de cristal, o circuito ressonante LC é substituído por loops de feedback.
Oscilador de Cristal Armstrong
Militar e aeroespacial
Para o sistema de comunicação eficiente, os osciladores de cristal são usados nas forças armadas e aeroespacial. O sistema de comunicação é estabelecer e para o propósito de navegação e guerra eletrônica nos sistemas de orientação
Em Pesquisa e Medição
Os osciladores de cristal são usados em pesquisa e medição para a navegação celestial e para fins de rastreamento espacial, em dispositivos médicos e em instrumentos de medição.
Aplicações Industriais do Oscilador de Cristal
Existem muitas aplicações industriais do oscilador de cristal. Eles são amplamente utilizados em computadores, instrumentação, sistemas digitais, em sistemas de loop de bloqueio de fase, modems, marítimos, telecomunicações, em sensores e também em drives de disco.
Crystal Oscillator também é usado no controle do motor, relógio e para tripear o computador, estéreo e em sistemas GPS. Este é um aplicativo automotivo.
Os osciladores de cristal são usados em muitos bens de consumo. Por exemplo, sistemas de televisão a cabo, câmeras de vídeo, computadores pessoais, brinquedos e videogames, telefones celulares, sistemas de rádio. Este é o aplicativo do consumidor do oscilador de cristal.
Isso é tudo sobre o que é um Oscilador de cristal , está funcionando e Aplicativos. Acreditamos que as informações fornecidas neste artigo são úteis para uma melhor compreensão deste conceito. Além disso, qualquer dúvida sobre este artigo ou qualquer ajuda na implementação projetos elétricos e eletrônicos , você pode nos abordar comentando na seção de comentários abaixo. Aqui está uma pergunta para você, qual é a principal função do oscilador de cristal?
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