Κρυστάλλινος ταλαντωτής έναντι αντηχείου

Υπάρχουν διάφοροι συντονιστές που χρησιμοποιούνται για έναν τεράστιο αριθμό εφαρμογών στον τομέα της Ηλεκτρονικής. Σε αυτόν τον κατάλογο αντηχείων, τα δύο κυρίως χρησιμοποιούμενα υλικά είναι κρύσταλλος χαλαζία και κεραμικά (κατασκευή κεραμικού αντηχείου). Το κρύσταλλο χαλαζία χρησιμοποιείται στο Crystal Oscillator και το Ceramic χρησιμοποιείται στο κεραμικό αντηχείο. Και οι δύο έχουν τον ίδιο στόχο να δημιουργήσουν μια συχνότητα ταλάντωσης με δόνηση όταν τους δίνεται τάση εισόδου. Αλλά και οι δύο έχουν κάποιες διαφορές, οι οποίες τις χωρίζουν και, ως εκ τούτου, έχουν διαφορετικές εφαρμογές.

Τι είναι το Crystal Oscillator;

Ένας ταλαντωτής είναι ένα κύκλωμα που παράγει συχνότητα με τη βοήθεια ενός συντονισμένου κυκλώματος και η παραγόμενη συχνότητα είναι γνωστή ως συχνότητα ταλάντωσης. Παρομοίως, ένας κρυσταλλικός ταλαντωτής είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ή συσκευή που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία σταθερής συχνότητας με τη βοήθεια κρυστάλλου αντί για συντονισμένο κύκλωμα. Ο κρύσταλλος όταν δονείται, ενεργεί σαν αντηχείο και ως αποτέλεσμα δημιουργεί μια ταλαντωμένη συχνότητα. Το κύκλωμα συντονισμού χρησιμοποιεί έναν κρύσταλλο για να δημιουργήσει την ταλάντωση, που οδήγησε στο όνομα ως Crystal Oscillator. Το σύμβολο και το κύκλωμα ενός κρυσταλλικού ταλαντωτή είναι όπως φαίνεται παρακάτω:

Μάθετε περισσότερα για τον κρύσταλλο Quartz και τον ταλαντωτή κρυστάλλου εδώ.

Τι είναι ένα κεραμικό αντηχείο;

Παρόμοια με το Crystal Oscillator, το Ceramic Resonator είναι επίσης ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ή μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία εξόδου συχνότητας ταλάντωσης με τη βοήθεια της κεραμικής ως αντηχείου πιεζοηλεκτρικού υλικού. Το υλικό μπορεί να έχει δύο ή περισσότερα ηλεκτρόδια τα οποία όταν συνδέονται με ένα κύκλωμα ταλαντωτή λαμβάνουν μηχανική δόνηση και ως αποτέλεσμα δημιουργείται ένα ταλαντωμένο σήμα συγκεκριμένης συχνότητας. Το κύκλωμα για τον αντηχείο είναι παρόμοιο με αυτό του Crystal Oscillator και είναι όπως φαίνεται παρακάτω:

Όταν ο συντονιστής λειτουργεί, οι μηχανικές δονήσεις παράγουν μια τάση ταλάντωσης λόγω του πιεζοηλεκτρικού υλικού, δηλαδή κεραμικό, και η τάση ταλάντωσης στη συνέχεια συνδέεται στα ηλεκτρόδια ως έξοδο. Η αντίστροφη έννοια χρησιμοποιείται σε περίπτωση αντίστροφης πιεζοηλεκτρικής επίδρασης.

Crystal Oscillator εναντίον αντηχείου

Αν και και οι δύο έχουν την ίδια διαδικασία λειτουργίας και δημιουργούν ταλαντώσεις συχνότητας με την έξοδο, έχουν κάποια διαφορά στις ιδιότητες λόγω της οποίας ο ταλαντωτής έχει αντικαταστήσει τον αντηχείο σε πολλές περιπτώσεις, οι οποίες είναι:

• Εύρος συχνοτήτων - Ο ταλαντωτής κρυστάλλου έχει πολύ υψηλό συντελεστή Q από αυτόν του κεραμικού συντονιστή λόγω του οποίου ο ταλαντωτής κρυστάλλου έχει εύρος συχνοτήτων 10 kHz - εύρος 100 MHz ενώ το εύρος συχνοτήτων του κεραμικού συντονιστή κυμαίνεται από 190 kHz - 50 MHz

• Έξοδος - Το Crystal Oscillator παρέχει έξοδο συχνότητας υψηλής σταθερότητας και ο κεραμικός συντονιστής παρέχει επίσης έξοδο σταθερότητας όχι τόσο καλή σε σύγκριση με το Crystal Oscillator. Όσον αφορά την ακρίβεια συχνότητας εξόδου, το Crystal Oscillator παρέχει πολύ πιο ακριβή έξοδο από το κεραμικό αντηχείο για το οποίο παράμετροι όπως η θερμοκρασία είναι ένα ευαίσθητο στοιχείο. Η ακρίβεια για τον ταλαντωτή είναι 10ppm-1000ppm ενώ για το αντηχείο είναι 0,1% - 1%.

• Αποτέλεσμα λόγω παραμέτρων - Για κεραμικό αντηχείο, το πάχος του κεραμικού υλικού θα καθορίσει τη συχνότητα συντονισμού εξόδου, ενώ για τους ταλαντωτές κρυστάλλου η έξοδος συντονισμού συχνότητας εξαρτάται από το μέγεθος, το σχήμα, την ελαστικότητα και την ταχύτητα του ήχου στο υλικό. Ο Crystal Oscillator έχει πολύ χαμηλή εξάρτηση από τη θερμοκρασία, δηλαδή είναι πολύ σταθερός ακόμη και με αλλαγές στη θερμοκρασία και ο κεραμικός αντηχείας έχει λίγο μεγαλύτερη εξάρτηση από τη θερμοκρασία από τον Crystal Oscillator. Για ένα Quartz Crystal Oscillator, τα χαρακτηριστικά εξόδου εξαρτώνται από τον τρόπο δόνησης και τη γωνία με την οποία κόβεται ο κρύσταλλος ενώ στον συντονιστή κυρίως το πάχος έχει σημασία.

• Ανοχή & ευαισθησία - Ο ταλαντωτής κρυστάλλου έχει λιγότερη ανοχή έναντι κρούσεων και κραδασμών, ενώ ο κεραμικός αντηχείας έχει συγκριτικά υψηλή ανοχή. Ο κρυσταλλικός ταλαντωτής έχει χαμηλή ανοχή ESD (ηλεκτροστατική εκφόρτιση), ενώ ο κεραμικός αντηχείας έχει υψηλή ανοχή ESD. Οι ταλαντωτές είναι πιο ευαίσθητοι από τους συντονιστές, η ευαισθησία μπορεί να συγκριθεί από την άποψη της ακτινοβολίας. Ο χαλαζίας έχει ανοχή συχνότητας 0,001%, ενώ το PZT έχει ανοχή 0,5%.

• Εξάρτηση πυκνωτών - Οι συντονιστές μπορεί να έχουν εσωτερικούς πυκνωτές ή μερικές φορές χρειάζονται εξωτερικούς, ενώ ο ταλαντωτής χρειάζεται εξωτερικούς πυκνωτές και η αξία τους εξαρτάται από το ποιος κρύσταλλος έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί.

• Υλικό που χρησιμοποιείται - Το Crystal Oscillator αποτελείται από χαλαζία ως το πιεζοηλεκτρικό αντηχείο υλικό, ενώ τα κεραμικά αντηχεία είναι κατασκευασμένα από μολύβδου τιτανικού ζιρκονίου (PZT), το οποίο είναι γνωστό ως πιεζοηλεκτρικό κεραμικό υλικό υψηλής σταθερότητας. Το Crystal Oscillator είναι δύσκολο να κατασκευαστεί ενώ το κεραμικό αντηχείο είναι εύκολο να κατασκευαστεί.

• Εφαρμογές - Τα κεραμικά αντηχεία χρησιμοποιούνται στην εφαρμογή μικροεπεξεργαστή όπου η σταθερότητα συχνότητας δεν είναι σημαντική, ενώ ο Crystal Oscillator μπορεί να βρεθεί σε όλα, από τηλεοράσεις έως παιδικά παιχνίδια που έχουν ηλεκτρικά εξαρτήματα. Οι συντονιστές είναι καλοί για επικοινωνία σειριακής θύρας χαμηλής ταχύτητας, ενώ οι κρυσταλλικοί ταλαντωτές έχουν διαθέσιμες συχνότητες για υποστήριξη σειριακών επικοινωνιών υψηλής ταχύτητας. Οι συντονιστές δεν έχουν διαθέσιμες συχνότητες για επικοινωνίες σειριακής θύρας υψηλής ταχύτητας. Όσον αφορά τις εφαρμογές που βασίζονται σε ρολόι, οι συντονιστές δεν είναι πολύ κατάλληλοι για ρολόι σε πραγματικό χρόνο / ρολόι ώρας / ρολόι τοίχου, ενώ οι ταλαντωτές μπορεί να είναι κατάλληλοι για χρονομέτρηση / RTC / ρολόι τοίχου εάν συντονιστούν με μεταβλητό πυκνωτή, περιμένετε λίγα λεπτά μετατόπισης ανά έτος εάν όχι συντονισμένος.