엔지니어나 제조사로서 시간 추적이나 라디오 송수신기 안정화의 주파수를 이해하고 싶으신가요? 그렇다면 부하 커패시턴스를 가진 크리스탈 오실레이터 회로에 대한 폭넓은 이해가 필요합니다. 그렇게 하면 시간을 추적하는 시계나 클록 신호를 제공하는 프로젝트를 만들 수 있습니다. 또한 크리스탈 오실레이터 회로는 주로 RF 오실레이터에서 발견됩니다.
이 글에서는 크리스탈 오실레이터에 대해 광범위하게 이야기하겠습니다.
크리스탈 오실레이터 다이어그램
출처: Wikimedia Commons
간단히 말해, 크리스탈 오실레이터 회로는 특정 주파수를 생성하는 장치를 수용하는 전자 회로 기판입니다. 또한 진동하는 크리스탈의 기계적 공명과 함께 작동하는 전자 오실레이터 회로로 일관된 주파수를 생성합니다.
또한 크리스탈 오실레이터에서 생성된 주파수는 다음에 사용할 수 있습니다:
또한 크리스탈 오실레이터는 전위 압전 효과나 전기 수축에 크게 의존하여 효과적으로 작동합니다. 이 과정은 전기장 내에서 쿼츠 크리스탈의 모양에 변화가 있을 때 발생합니다.
크리스탈 오실레이터는 역압전 효과 원리를 사용합니다. 공진 회로는 저항(크리스탈 내부 구조 마찰), 인덕턴스(크리스탈 질량), 커패시턴스 C1(크리스탈 기계적 성형에서 오는 커패시턴스), 커패시턴스 C2(컴플라이언스)로 구성됩니다.
회로에 전기장 모델을 적용하면 일부 재료에 기계적 변형이 생성됩니다. 이 과정은 크리스탈 반대 면에 전위 차도 생성합니다.
마찬가지로 한 면에 전위 차가 가해지면 기계적 응력이 발생합니다. 이 기계적 응력이 압전 효과입니다.
일반적으로 이 회로에 가장 좋은 크리스탈은 쿼츠입니다. 대부분의 공진기보다 우수할 뿐만 아니라 휴대 가능합니다. 또한 높은 안정성, 경제적, 쉽게 구할 수 있고 좋은 품질 계수를 가집니다.
압전 크리스탈에 적절한 교류 전위를 가하면 기계적 진동이 발생합니다. 또한 교류 전압의 주파수 범위가 크리스탈의 고유 주파수와 같으면 기계적 진동의 진폭이 최대가 됩니다.
등가 전기 회로는 크리스탈의 동작 모드를 설명합니다. 또한 쿼츠 크리스탈 오실레이터는 병렬 및 직렬 공진 같은 두 가지 기본 공진을 가집니다.
다음은 크리스탈 오실레이터 회로의 몇 가지 예입니다:
74LS04를 사용한 크리스탈 오실레이터
출처: Researchgate ℅ Xiao Chen
이 유형의 회로는 디지털 애플리케이션에서 흔히 볼 수 있습니다. 다양한 파형을 생성하기 때문입니다. 또한 기본 시간으로 사용할 주파수 범위를 생성하는 데 도움을 줍니다.
이 회로는 동일한 저항(1K~4.7K) 두 개와 크리스탈 오실레이터 설계(1MHz~10MHz)를 매칭시킵니다. 그리고 IC1 내부 병렬 공진에 있는 두 개의 인버터 게이트와 함께 작동합니다.
회로에 사용된 크리스탈에 따라 1MHz~10MHz의 출력 오버톤 주파수 공차를 생성할 수 있습니다. 회로 작동 시 온도 변화로 인해 출력 주파수 안정성에 약간의 결함이 있을 수 있습니다. 이는 크리스탈의 용량에 영향을 주고 주파수 공차를 생성합니다. 하지만 LC나 RC 네트워크를 사용하는 일반적인 오실레이터와 비교하면 더 적은 값입니다.
또한 이 회로는 낮은 전류 소모를 사용합니다. 따라서 5V의 정전압 전원을 선택할 수 있습니다. 또한 9~12볼트의 DC 전원을 DC 레귤레이터 IC2-78L05에 공급하여 출력을 안정적인 전압으로 유지할 수 있습니다.
커패시터(C1, C2)가 전류를 필터링할 때 C2는 고주파를 끌어당겨 회로를 간섭으로부터 보호합니다.
이 회로에 필요한 부품들입니다:
이 회로는 저렴하고 간단하므로 크리스탈, TTL SN7404, 네 개의 저항이 필요합니다. 저항(R1~R4)은 세 개의 인버터 게이트를 선형 영역으로 바이어스하고 크리스탈이 피드백을 제공합니다.
또한 발진은 크리스탈의 기본 주파수에서만 발생합니다. 그러면 5V p-p에서 출력 신호가 사각파 오실레이터를 형성해야 합니다.
오버톤 오실레이터
출처: Researchgate ℅ Peter Pfeifer
표준 컷 크리스탈을 만들 수 없고 쿼츠 웨이퍼가 꽤 얇을 때 오버톤 오실레이터가 유용합니다. 예를 들어 오실레이터는 주파수 소스가 있는 144 송신기의 튜닝된 부하를 가집니다.
부하는 보통 크리스탈 기본 주파수의 홀수 배수를 가집니다. 따라서 오버톤 오실레이터가 이 응용에 가장 적합합니다. 이 오실레이터의 오버톤 크리스탈은 11.6MHz이며 34.8MHz의 3차 고조파로 튜닝됩니다.
이 회로의 1차 권선은 15회로 출력 트랜스포머(Amidon T-50_6)입니다. 2차 권선은 설정에 연결된 것에 따라 다릅니다. 따라서 출력이 더 트리플 회로를 따른다면 장치는 104MHz 크리스탈 트랜시버의 소스가 될 것입니다.
CD4060 크리스탈 오실레이터
출처: Researchgate
이 회로는 IC4013과 IC4060으로 구성됩니다. 이 회로의 주파수 크기는 약 1Hz 또는 2Hz입니다. 표준 디지털 시계나 일반 시계 회로에 사용할 수 있습니다. 또한 IC4060은 단일 동작 오실레이터이자 카운터입니다. 외부 커패시터와 저항으로 주파수를 결정할 수 있습니다.
또한 IC4060에는 쿼츠 크리스탈이 있으며 회로의 표준 주파수 생성기입니다. 커패시터도 주기 조정에 도움을 줍니다. IC4060 내부에는 카운터 코스가 있으며 2Hz 주파수로 핀 3을 분할합니다. 또한 두 개의 클록 신호 주파수를 분할하려면 IC4015를 사용하세요.
RF 오실레이터 회로 설계
출처: Researchgate ℅ CCBY
회로도를 자세히 보면 왼쪽 아래 코너에 메인 크리스탈 오실레이터가 있습니다. 또한 작은 1W 파워 앰프도 보입니다.
이 구성 요소는 로우 패스 필터와 매칭 회로를 구동하는 데 도움을 줍니다.
그런 다음 오실레이터는 키 셰이핑 회로를 사용하여 오실레이터를 켜고 끕니다.
결과적으로 회로는 부드럽게 시작하고 정지합니다. 또한 클릭 전송을 방지하는 데 도움을 줍니다.
FET 오실레이터의 드레인 회로 덕분에 더 많은 전력과 깨끗한 파형을 제공합니다. 흥미롭게도 이 회로는 40m 아마추어 밴드 QRP 모스 부호 또는 연속파(마이크로스위치) 송신기에서 전원을 공급받습니다.
인버팅 게이트 오실레이터
인버팅 게이트 오실레이터는 만들 수 있는 가장 간단한 오실레이터 중 하나입니다. 가장 좋은 점은 거의 모든 인버팅 게이트 CMOS를 선택해도 작동한다는 것입니다. 따라서 74HC14, 4069, 74HC04 같은 인버팅 게이트 CMOS를 사용할 수 있습니다.
또한 모든 디지털 게이트는 보통 이득을 가집니다. 하지만 증폭기처럼 작동하게 하려면 약 1M5 이상의 저항으로 바이어스해야 합니다. 또한 회로는 1800의 위상 이동을 제공할 수 있습니다. 커패시터를 사용하여 3600의 양의 피드백을 만들고 발진을 시작하는 것만이 남은 위상 이동을 제공하는 방법입니다. 커패시터가 나머지 위상 이동을 제공하는 데 도움을 줍니다.
이 회로의 어떤 구성 요소도 중요하지 않습니다. 따라서 커패시터(C1, C2)는 10p~100p 범위일 수 있습니다. 반면 저항(R1)은 10K~10M 사이일 수 있습니다. 간단히 말해 값은 크리스탈의 컷과 주파수에 따라 달라져야 합니다.
정확한 값이 필요하면 C1을 가변 커패시터로 만들면 됩니다. 하지만 그런 정밀도가 필요 없으면 두 번째 39p 커패시터를 선택하세요.
크리스탈 오실레이터는 다음 중요한 응용 분야에 사용할 수 있습니다:
의심할 여지 없이 크리스탈 오실레이터 회로에 대한 심층 정보는 특정 전자 장치, 특히 DIY를 만들 때 상당한 이점을 줍니다.
이 기사를 쓴 이유가 바로 여러분의 크리스탈 오실레이터 회로 학습 여정을 돕기 위함입니다.
따라서 이 기사에 대한 여러분의 질문에 기꺼이 답변해 드리겠습니다. 자유롭게 연락 주시면 최대한 빨리 답변드리겠습니다.
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