Осцилатори с кристални резонатори
RC осцилатор може лесно да постигне стабилност от порядъка на 0,1% с начална точност на честотата от 5 до 10%. Това е напълно задоволително за много приложения, като например мултиплексния индикатор на джобен калкулатор, където цифрите на многоцифрено число се маркират една след друга с бързо редуване (обикновено 1 kHz). В даден момент свети само едно число, но окото вижда цялото число. Ясно е, че точността тук не е много важна. Стабилността на LC генераторите е малко по-добра - около 0,01% за разумен период от време. Това е напълно достатъчно за локалните осцилатори на радиоприемници и телевизори.
За да се получат наистина стабилни трептения, са необходими кварцови осцилатори. Те използват парче кварц (изкуствен - силициев диоксид), изрязано и полирано по такъв начин, че да има определена честота на вибрациите. Кварцът е пиезоелектрик (неговата деформация причинява появата на електрически потенциал и обратно), поради което еластичните вибрации на кристала могат да бъдат причинени от прилагането на електрическо поле и тези вибрации, от своя страна, генерират напрежение на кристалните повърхности . Поставяйки контакти на повърхността на кристала, можете да го превърнете в истински елемент на веригата, еквивалентен на някаква RLC схема, предварително настроена на определена честота. Всъщност еквивалентната схема на този елемент съдържа два кондензатора, даващи двойка близко разположени резонансни честоти - серия и паралелен резонанс (фиг. 5.47), различаващи се помежду си с не повече от 1%. Резултатът от този ефект е рязка промяна в реактивното съпротивление с честота (фиг. 5.48). Високият Q на кварцовия резонатор (обикновено около 10 000) и добрата стабилност го правят естествен. 5.48. приложение като главен елемент в генератори и филтри с подобрени параметри. Кварцовите вериги, като LC осцилатори, въвеждат положителна обратна връзка и осигуряват адекватно усилване на резонансната честота, което води до самоколебания.
На фиг. 5.49 показва някои диаграми на кристални осцилатори. На фиг. 5.49, а показва класически осцилатор на Пиърс, който използва конвенционален полеви транзистор (вж. Гл. 3). На фиг. 5.49, b показва генератор на Колпиц с кварцов резонатор вместо LC верига. На диаграмата на фиг. 5.49, като обратна връзка се използва комбинация от биполярен n-p-n транзистор и кварцов резонатор. Останалите вериги генерират изходен сигнал с логически нива при използване на цифрови логически функции (Фигура 5.49, d и e).
Фигура: 5.49. Вериги с кварцови резонатори, a - генератор на Pierce, b - генератор на Colpitz.
Последната диаграма показва кристалните вериги на генератора, изградени от Motorola MC12060/12061 IC. Тези микросхеми са предназначени за използване с кварцови резонатори в честотния диапазон от 100 kHz до 20 MHz и са проектирани по такъв начин, че да осигуряват отлична стабилност на честотата на трептене, като същевременно внимателно ограничават нейната амплитуда с помощта на вградения амплитуден дискриминатор и прекъсвач . Те осигуряват формирането на изходни трептения, както синусоидални, така и правоъгълни (с TTL и ESL логически нива).