Krystal (elektronika)

Z PanWiki
Přejít na: navigace, hledání
Krystaly pro různé kmitočty
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.

Krystalový výbrus pro ohybové kmity a krystal po otevření pouzra
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

Náhradní schéma krystalového rezonátoru.
Krystalový výbrus má několik rezonančních kmitočtů. Jednotlivým z nich odpovídají sériové rezonanční obvody C1, L1, R1 až Cn, Ln, Rn. 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 ωs a paralelní ωp úhlový kmitočet, (tzv. rezonanci a antirezonanci). Vypočítají se podle vztahů:

\omega_s = \frac{1}{\sqrt{LC}}

a

\omega_p = \sqrt{\frac{1}{\sqrt{LC}}\left( 1 +  \frac{C}{C_0}\right)}

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

Krystal křemene (klencová krystalická soustava) s naznačeným jedním typem výbrusu.
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.

Typy kmitů krystalových výbrusů
cz:Krystal (elektronika)

sk:Kryštál (elektronika) de:Schwingquarz en:Crystal oscillator

Osobní nástroje
Jmenné prostory

Varianty
Akce
Navigace
Nástroje