Krystal (elektronika)

Z PanWiki

Krystal je pasivní elektronická součástka používaná v elektronických obvodech jako rezonátor s velmi přesnou a stabilní rezonanční frekvencí. Používá se zpravidla v přesných oscilátorech například v digtálních hodinách a hodinkách, pro taktování procesorů v počítačích a dalších zařízeních spotřební elektroniky.

Princip činnosti

Některé krystalické látky vykazují piezoelektrický jev. Ten se projevuje tak, že při mechanickém namáhání krystalu ve správném směru se na něm (zpravidla v kolmém směru) objeví elektrické napětí a naopak po přiložení elektrického napětí se krystal mechanicky zdeformuje.

Jestliže z takové látky vyrobíme tenkou destičku, opatříme ji elektrodami a na ně přiložíme střídavé napětí, destička se rozkmitá. Kmity destičky budou nejsilnější, pokud najdeme kmitočet na kterém destička mechanicky rezonuje. Mechanická rezonance destičky se promítá i do elektrických parametrů součástky, takže z pohledu obvodu, ve kterém je zapojen, se krystal chová jako velmi kvalitní elektrický rezonanční obvod.

Náhradní schéma

Krystalový výbrus má několik rezonančních kmitočtů. Jednotlivým z nich odpovídají sériové rezonanční obvody C₁, L₁, R₁ až C_n, L_n, R_n. Kapacita C₀ odpovídá kapacitě mezi elektrodami na výbrusu a její velikost je typicky kolem 10 pF.

Pokud uvažujeme jeden konkrétní rezonanční kmitočet krystalu, můžeme schéma zjednodušit pouze na C₀ a jeden rezonanční obvod C₁, L₁, R₁.

Hodnoty součástek C₁, L₁, R₁ se pohybují v širokém rozmezí, podle typu výbrusu a zvoleného rezonančního kmitočtu.

Každá rezonance krystalu má svůj sériový ω_s a paralelní ω_p úhlový kmitočet, (tzv. rezonanci a antirezonanci). Vypočítají se podle vztahů:

a

Protože kapacita C₀ je výrazně větší než C₁, leží oba rezonanční kmitočty těsně vedle sebe. V oblasti mezi rezonancemi krystal pro obvod představuje na kmitočtu závislou indukčnost, mimo tuto oblast pak na kmitočtu závislou kapacitu.

Technologie výroby

Krystalové rezonátory se vyrábějí téměř výlučně z krystalu křemene SiO₂, protože dosahuje vynikajících elektrických parametrů a dlouhodobé časové i teplotní stability rezonančního kmitočtu.

Z krystalu křemene se v přesně určených směrech řežou a přesně vybrušují tenké destičky. Směr řezu a rozměry destiček určují typy rezonancí, kterých výbrus může dosáhnout a jejich rezonanční kmitočty.

Na přesný výbrus se pak napaří tenké stříbrné nebo zlaté elektrody jejichž tvar je závislý na požadovaném typu rezonance. Na tyto elektrody se vhodným způsobem nakontaktují vývody a krystal se uzavře do kovového pouzdra.

Krystaly se speciálními požadavky na stabilitu bývají uzavřeny do speciálního evakuovaného pouzdra nebo se umisťují do termostatu, aby kmitočet nebyl závislý na teplotě.

cz:Krystal (elektronika)