Kristal, Osilator, dan Resonator. Apa bedanya?

65

Saya mencoba mencari tahu perbedaan antara kristal, osilator, dan resonator. Saya mulai memahami tetapi saya masih memiliki beberapa pertanyaan.

Dari pemahaman saya, sebuah osilator dibangun dari kristal dan dua kapasitor. Apa itu resonator? Apakah ini perbedaan dalam terminologi?

Jika osilator dan resonator serupa, mengapa dua item ini:

http://www.digikey.com/product-detail/en/HWZT-16.00MD/535-9379-ND/675574

http://www.digikey.com/product-detail/en/FCR16.0M2G/445-1646-ND/653108

memiliki dua pin dan tidak ada ground. Padahal yang ini

http://www.digikey.com/product-detail/en/ZTT-16.00MX/X908-ND/170095

punya tiga pin salah satunya adalah ground?

Apakah salah satu dari ketiga perangkat ini berfungsi sebagai jam eksternal untuk mikrokontroler?

PS: Poin bonus untuk penjelasan tentang bagaimana kapasitor membantu kristal bekerja dengan baik. :)

oscillator crystal terminology Alexis K
sumber
2
electronics.stackexchange.com/a/17894/638 Jawaban ini masuk ke beberapa detail mengapa kristal membutuhkan kapasitor.
W5VO
Diskusi kristal versus resonator di sini: electronics.stackexchange.com/a/20893/4512
Olin Lathrop

Jawaban:

50

Baik resonator keramik dan kristal kuarsa bekerja dengan prinsip yang sama: bergetar secara mekanik ketika sinyal AC diterapkan pada mereka. Kristal kuarsa lebih akurat dan suhu stabil daripada resonator keramik. Resonator atau kristal itu sendiri memiliki dua koneksi. Di sebelah kiri kristal, di kanan resonator keramik.

masukkan deskripsi gambar di sini masukkan deskripsi gambar di sini

Seperti yang Anda katakan osilator membutuhkan komponen tambahan, dua kapasitor. Bagian aktif yang membuat kerja osilator adalah amplifier yang memasok energi untuk menjaga osilasi berjalan.

masukkan deskripsi gambar di sini

Beberapa mikrokontroler memiliki osilator frekuensi rendah untuk kristal 32,768 kHz, yang sering memiliki kapasitor built-in, sehingga Anda hanya memerlukan dua koneksi untuk kristal (kiri). Kebanyakan osilator, bagaimanapun, membutuhkan kapasitor eksternal, dan kemudian Anda memiliki koneksi: input dari amplifier, output ke amplifier, dan ground untuk kapasitor. Sebuah resonator dengan tiga pin memiliki kapasitor terintegrasi.

Fungsi kapasitor: untuk berosilasi loop tertutup amplifier-kristal harus memiliki pergeseran fase total 360 °. Penguatnya terbalik, jadi itu 180 °. Bersama-sama dengan kapasitor, kristal menjaga 180 ° lainnya.

sunting
Saat Anda mengaktifkan osilator kristal pada amplifier, Anda belum mendapatkan frekuensi yang diinginkan. Satu-satunya hal yang ada adalah kebisingan tingkat rendah pada bandwidth yang lebar. Osilator akan memperkuat kebisingan itu dan meneruskannya melalui kristal, yang kemudian memasuki osilator lagi yang memperkuatnya lagi dan seterusnya. Bukankah seharusnya itu membuat Anda sangat berisik? Tidak, sifat-sifat kristal sedemikian rupa sehingga hanya akan melewati sedikit noise, di sekitar frekuensi resonansinya. Semua sisanya akan dilemahkan. Jadi pada akhirnya hanya frekuensi resonansi yang tersisa, dan kemudian kita berosilasi.

Anda dapat membandingkannya dengan trampolin. Bayangkan sekelompok anak-anak melompat secara acak. Trampolin tidak banyak bergerak dan anak-anak harus berusaha keras untuk melompat setinggi 20 cm saja. Tetapi setelah beberapa waktu mereka akan mulai melakukan sinkronisasi dan trampolin akan mengikuti lompatan. Anak-anak akan melompat lebih tinggi dan lebih tinggi dengan sedikit usaha. Trampolin akan berosilasi pada frekuensi resonansinya (sekitar 1Hz) dan akan sulit untuk melompat lebih cepat atau lebih lambat. Itu adalah frekuensi yang akan disaring.
Anak yang melompat di atas trampolin adalah amplifier, ia memasok energi untuk menjaga osilasi tetap berjalan.

Bacaan lebih lanjut
osilator kristal MSP430 32 kHz

stevenvh
sumber
1
Terima kasih atas jawabannya. Saya sekarang mendapatkan masalah kristal, osilator, dan resonator. Itu membuka pertanyaan lain di benak saya sekarang. Apakah mC memasok "tik-tok" yang stabil ke osilator, yang diperkuat osilator dalam magnitudo? Atau apakah mC mengirim sinyal ke input osilator, lalu osilator menunggu sejumlah waktu tertentu, lalu osilator mengirim sinyal ke mC, yang memulai proses lagi?
Alexis K
@AlexisK - Tidak, tidak seperti itu. Getaran terus berlanjut, dan amplifier terus mendorong kristal pada tempo yang sama. Lihat hasil edit untuk jawaban saya.
stevenvh
Saya tidak bermaksud bahwa Anda harus terlalu keras tetapi penjelasan Anda tentang prinsip operasi osilator jika tidak sepenuhnya salah, menyesatkan. Ketika Anda mengatakan: "Penguatnya terbalik, jadi itu 180 °. Bersama-sama dengan kapasitor, kristal menjaga 180 ° lainnya". Di sini, kalimat pertama benar tetapi yang kedua hanya omong kosong. Ketika pertanyaan ini menanyakan perbedaan, penjelasan sederhana sudah cukup sehingga Anda tidak perlu menjadi sangat komprehensif tentang prinsip kerja. Penjelasan tentang startup osilator juga memiliki masalah: lebih seperti ayunan :)
Krauss
15

Untuk menjawab pertanyaan Anda, resonator pada dasarnya adalah kristal anggaran rendah.

Osilator adalah rangkaian penguat, dengan umpan balik sehingga berosilasi, dan "elemen penentu frekuensi" yang membuatnya berosilasi pada frekuensi yang diinginkan. Kristal dapat dibuat untuk frekuensi yang tepat, dan itu akan hanyut sangat sedikit jika suhu atau kapasitansi berubah. Ini juga sangat efisien dan membutuhkan daya yang sangat sedikit untuk membuatnya tetap berosilasi. Kristal biasanya terbuat dari kuarsa, dan Anda membayar semua fitur di atas.

Resonator terbuat dari elemen keramik daripada kuarsa. Mereka tidak memegang frekuensi mereka juga. Ini mungkin tidak penting untuk mikroprosesor, tetapi akan menjadi penting jika sirkuit digunakan di radio, jam, atau aplikasi kritis waktu lainnya. Harganya lebih murah dan digunakan di mana stabilitas tidak sepenting itu.

Mikroprosesor akan sering memiliki "bagian penguat", sehingga yang perlu Anda lakukan hanyalah menambahkan resonator atau kristal. Kalau tidak, Anda bisa membuat rangkaian osilator, atau membeli "modul osilator", yang memiliki semua komponen yang diperlukan dalam kaleng. Anda harus memasok daya ke modul osilator.

Untuk level pengaturan waktu "tidak peduli", beberapa mikroprosesor memungkinkan penggunaan sirkuit RC (resistor dan kapasitor) sebagai elemen penentu frekuensi. PIC Microchip bahkan memiliki semuanya.

Gbarry
sumber