Gli oscillatori a cristallo di quarzo includono oscillatori a cristallo non compensati in temperatura, oscillatori a cristallo compensati in temperatura (TCXO), oscillatori a cristallo a controllo di tensione (VCXO), oscillatori a cristallo controllati da forno (OCXO) e oscillatori a cristallo compensati digitalizzati / μp (DCXO / MCXO) e diversi altri tipi. Tra questi, l'oscillatore a cristallo compensato in temperatura è il più semplice. Nel Japanese Industrial Standard (JIS), è chiamato un oscillatore a cristalli standard (SPXO). Ora prendiamo SPXO come esempio, introduciamo brevemente la struttura e il principio di funzionamento dell'oscillatore a cristallo di quarzo.
I cristalli di quarzo, sia naturali che artificiali, sono importanti materiali di cristallo piezoelettrico. Il cristallo di quarzo non è un oscillatore. Può solo oscillare per mezzo di un'eccitazione attiva e una rete di reattanza passiva. SPXO è composto principalmente da un risonatore di cristallo (oscillatore a cristallo) con un fattore di alta qualità (Q) e un circuito di oscillazione di feedback. L'oscillatore al quarzo è un elemento importante nell'oscillatore. La frequenza del cristallo (frequenza fondamentale o frequenza armonica n-esima) e le sue caratteristiche di temperatura dipendono in gran parte dal suo orientamento di taglio. La struttura di base di un risonatore a cristallo di quarzo, un involucro (involucro metallico) e il suo circuito equivalente sono mostrati in FIG.
Finché la tensione alternata viene applicata alla piastra dell'oscillatore a cristallo , il wafer produrrà una vibrazione di deformazione meccanica, che è il cosiddetto effetto piezoelettrico inverso. Quando la frequenza della tensione applicata è uguale alla frequenza naturale del risuonatore di cristallo, si verifica la risonanza piezoelettrica, con conseguente aumento improvviso dell'ampiezza della deformazione meccanica. La capacità elettrostatica tra la piastra metallica; L, C sono i parametri equivalenti della risonanza piezoelettrica; R è la resistenza equivalente della perdita di attrito da vibrazione. Il risuonatore a cristalli di quarzo ha una frequenza di risonanza in serie fos (1 / 2π), e vi è anche una frequenza di risonanza parallela fop (1 / 2π). Dal momento che Co? C, la differenza tra fop e fos è piccola, e R ?? OL, R? 1 /? OC, il fattore di qualità Q del circuito risonante è molto alto (fino a diversi milioni), così che il cristallo di quarzo risuonatore La composizione della stabilità della frequenza dell'oscillatore è molto alta, fino a 10-12 / giorno. La frequenza di oscillazione dell'oscillatore a cristallo di quarzo può essere azionata approssimativamente a fos o vicino al fop. Pertanto, l'oscillatore al quarzo può essere suddiviso in serie e in parallelo. Usando i risuonatori di cristallo di quarzo ei loro circuiti equivalenti invece dei componenti di induttanza (L) e di capacità (C) del serbatoio LC per formare il serbatoio di risonanza, è facile capire il principio di funzionamento dell'oscillatore a cristallo.
La precisione totale di SPXO (inclusa precisione iniziale e variazioni con temperatura, tensione e carico) può raggiungere ± 25 ppm. SPXO non ha né misure di compensazione della temperatura né di controllo della temperatura, e le sue caratteristiche di temperatura di frequenza sono quasi completamente determinate dalle caratteristiche della temperatura di frequenza dell'oscillatore a cristallo di quarzo. Nell'intervallo compreso tra 0 ~ 70 ° C, la stabilità della frequenza SPXO è in genere di 20 ~ 1000 ppm, SPXO può essere utilizzato come un oscillatore dell'orologio.
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