Mengapa osilator kristal digunakan di jam, bukan sirkuit RLC?

12

Waktu jam kuarsa diatur oleh osilator kristal . Osilator kristal ini secara efektif membentuk sirkuit RLC. Jika demikian, properti apa yang dimiliki osilator kristal yang membuatnya lebih menguntungkan daripada sirkuit RLC?

circuit-analysis crystal basic resonance Keraguan
sumber
5
Karena Anda tidak akan pernah membangun sirkuit RLC dengan akurasi atau stabilitas yang diperlukan.
user207421

Jawaban:

27

Osilator kristal jauh lebih akurat, kecil, memiliki koefisien suhu rendah dan penyimpangan rendah dengan biaya rendah.

pengguna1582568
sumber
17

Kristal kuarsa adalah resonator mekanik dengan sifat yang sangat stabil. Kuarsa adalah bahan yang sangat stabil - kuarsa tidak 'menua', atau banyak berubah dengan suhu. Dimungkinkan juga untuk membuat kuarsa menjadi sangat murni dan memiliki sifat yang konsisten. Kuarsa juga sedikit piezoelektrik - medan listrik menyebabkan defleksi, dan defleksi menghasilkan muatan listrik.

Ketika dipotong dengan benar (dengan orientasi spesifik pada sumbu kristal) dan dipasang dengan benar, sifat mekaniknya (pada dasarnya kekakuan) tidak tergantung pada suhu. Kontak pada kristal berarti bahwa getaran mekanis menghasilkan muatan listrik, dan ketika dikonfigurasi dengan benar (dengan amplifier), seluruh sistem dapat dibuat beresonansi pada frekuensi yang stabil.

Secara elektrik ini dapat dimodelkan sebagai jaringan RLC dengan sifat serupa. Nilai RLC mungkin mengejutkan - biasanya fraksi dari fF kapasitansi dan banyak induk induktansi.

jp314
sumber
2
Nilai "mengejutkan" (ekstrem) menyebabkan Q sangat tinggi: puncak resonansi sempit.
1
en.wikipedia.org/wiki/File:Inside_QuartzCrystal-Tuningfork.jpg
Jasen
Q yang tinggi pada dasarnya karena kuarsa memiliki koefisien restitusi yang sangat tinggi (mendekati 1,00) - ketika Anda menyimpan energi di dalamnya dengan menekuk, Anda mendapatkan sebagian besar dari itu ketika santai. Dalam model kelistrikan, ini berjumlah seri R yang sangat rendah, dan dengan banyak induktansi, Q (wL / R) sangat tinggi.
jp314
4

Sementara kristal kuarsa dapat dimodelkan sebagai sirkuit RLC, bukan itu yang sebenarnya.
Potongan & dimensi kristal menyebabkannya beresonansi pada frekuensi tertentu dan ini bisa jauh lebih akurat daripada sirkuit yang terbuat dari R's, L's & C's.

brhans
sumber
Bisakah Anda Jelaskan bagaimana kita dapat memodelkan kristal Kuarsa sebagai RLC dengan contoh sederhana
Photon001
2
Dibandingkan dengan RLC nyata, kristal memiliki Q tinggi yang fantastis, yang berarti bahwa puncak frekuensi resonansi sangat sempit. Jadi, model "sebagai" sebuah RLC harus memasukkan faktor itu, tetapi nilai-nilai tersebut tidak dapat dicapai dengan komponen nyata.
4

Alasannya adalah akurasi. Untuk kapasitor 2% dianggap sebagai toleransi yang sangat baik. Saya tidak yakin tentang induktor tetapi saya berharap itu serupa. Resistor lebih baik daripada kapasitor atau induktor tetapi Anda tidak dapat membuat oscilator dengan resistor saja.

Untuk menempatkan angka-angka ini dalam perspektif: 1% setara dengan 36 detik per jam atau 14 menit dan 24 detik per hari, yang akan menjadi akurasi yang sama sekali tidak dapat diterima untuk sebuah jam.

Peter Green
sumber
0

Dari pengalaman saya, kristal ditambahkan alih-alih mengganti komponen RLC dari osilator. Alasannya adalah "ditambahkan," adalah untuk memberi dan mempertahankan frekuensi yang diberikan lebih akurat daripada menggunakan komponen RLC saja. Alasan kristal memberikan akurasi lebih, adalah bahwa ia dapat diproduksi dengan toleransi "lebih ketat" daripada komponen RLC dan properti listrik Q -nya yang tinggi .

Guill
sumber
-2

Osilator kristal memiliki sifat murah dalam hal kompleksitas sirkuit dan harga satuan yang membuatnya lebih menguntungkan daripada sirkuit RLC. Sirkuit RLC membutuhkan lebih banyak bagian dan penyesuaian. Ketika dirancang dan dikalibrasi dengan benar, jam RLC seakurat jam osilator kristal. Ini semua tentang biaya dan ukuran.

Atmega 328
sumber
Betulkah? Tidak ada ekspansi koil dengan panas? Tidak ada perbedaan induktansi dengan arus? Saya berurusan dengan osilator FM RF di band 98.7-118.7MHz dan saya belum pernah melihat satu yang akan akurat atau cukup stabil untuk satu jam.
user207421