Немає перевірених версій цієї сторінки; ймовірно, її ще не перевіряли на відповідність правилам проекту.

Ква́рцовий генера́тор — генератор змінної напруги, стабілізувальним елементом частоти якого є кварцовий резонатор чи п'єзоелемент.[1] Відзначається високою температурною і тривалою стабільністю, низьким рівнем фазових шумів.

Кварцовий генератор всередині мікроскладання формату DIP-мікросхеми. Усередині знаходиться друкована плата, тонкий круглий кварцовий резонатор з металізованими обкладками зверху та знизу (знаходиться ліворуч на фотографії), мікросхема та обв'язування.

Серце, яке б'ється у більшості електронних систем сьогодні — це кварцовий генератор. У той час як пристрої, засновані на технології мікроелектромеханічної системи (MEMS), безумовно, знаходять застосування в цій галузі, недорогий кварцовий генератор досі домінує, і це також є електромеханічним пристроєм.

По суті, кварцові генератори є пристроями, в яких схема генератора використовує механічний резонанс п'єзоелектричного матеріалу, найчастіше кварцового кристала, для створення електричного сигналу з точною стабільною частотою. Створений таким чином сигнал зазвичай називається тактовим сигналом і використовується для синхронізації роботи інших електронних пристроїв, що становлять систему.[2]

Продуктивність з часом

ред.

Стабільність кварцового генератора визначається його добротністю; чим вище добротність, тим стабільніший пристрій. Ряд впливів, у загальному які називаються старінням, може обмежувати довготривалу стабільність кварцових генераторів.

Поступова зміна частоти з часом обумовлена багатьма факторами: напруги, що виникають в опорах і контактах, з часом можуть ослабнути; забруднюючі речовини можуть адсорбуватися на поверхні кристала, змінюючи його масу; склад кристалів може бути поступово змінено; його решітка може бути пошкоджена радіацією та багато іншого. Зведення до мінімуму наслідків старіння багато в чому залежить від вибору матеріалів та компонентів, що використовуються під час створення генератора, методів упаковки та технологій виготовлення. На щастя, старіння логарифмічно зменшується з часом і найбільші зміни відбуваються під час початкового життя генератора. Таким чином, виробники зазвичай штучно старіють кристал шляхом тривалого зберігання при температурі від 85 до 125 °C, щоб збільшити його довготривалу стабільність.[3]

Коливання кварцового генератора

ред.

Частота власних коливань кварцового генератора може бути в діапазоні від кількох кГц до сотень МГц. Вона визначається фізичними розмірами резонатора, пружністю та п'єзоелектричною постійною кварцу, а також тим, як вирізаний резонатор із кристала. Так як кварцовий резонатор є закінченим електронним компонентом, його частоту можна змінювати зовнішніми елементами та схемою включення у дуже вузькому діапазоні вибором резонансної частоти (паралельний або послідовний) або знизити паралельно включеним конденсатором. Існують, однак, кустарні методики підстроювання резонатора. Це доцільно у випадках, коли бажано мати кілька резонаторів із дуже близькими параметрами. Для зменшення частоти на кристал короткочасно впливають парами йоду (це збільшує масу срібних обкладок), збільшення частоти обкладки резонатора шліфують.[4]

Можливість зміни частоти

ред.
  • фіксованої частоти
  • частота керується напругою (VCXO)
  • частота керується цифровим кодом (NCXO)

Для одержання високої добротності і стабільності резонатор розташовують у вакуумі і підтримують постійною його температуру.[джерело?]

Широковживані частоти

ред.

Це 3,579545 МГц, 4,433619 МГц, 10 МГц, 11,0592 МГц, 14,318182 МГц, 17,734475 МГц, 20 МГц, 33,33 МГц, і 40 МГц.

  • Популярність 3,579545 МГц обумовлена низькою ціною генераторів через їх використання в телевізорах NTSC. Ділячи і перемножуючи, застосовуючи фазове автопідстроювання частоти, від однієї стабільної частоти можна отримати цілий ряд.
  • 14,318182 МГц (чотири рази по 3,579545 МГц) використовується в комп'ютерних дисплеях для отримання растрового екрану системи NTSC.
  • Частоти 4,433619 МГц і 17.734475 МГц використовують в системі PAL.
  • Частота 11,059 МГц популярна через стандарт RS232.

Вид вихідного сигналу

ред.

Генератори можуть вироблятися як з синусоїдальним вихідним сигналом, так і з сигналом прямокутної форми, сумісним за логічним рівнем з одним зі стандартів (TTL, CMOS, LVCMOS, LVDS та інші). Генератор потребує відповідності напруги джерела живлення.

Рівень фазових шумів

ред.

У найкращих генераторів спектральна щільність потужності фазових шумів може бути менше -100 дБн/Гц при відхиленні 1 Гц і менше -150 дБн/Гц при відхиленні 1 кГц від вихідної частоти 10 МГц.

Наявність і тип термостабілізації

ред.
  • термокомпенсовані (TCXO)
  • термостатовані (OCXO, DOCXO)

Переваги кварцових генераторів

ред.
  • Кварцові генератори мають дуже високу стабільність частоти.
  • Висока частота роботи.
  • Низький частотний дрейф через зміну температури та інших параметрів.
  • Q дуже високий.
  • Мають автоматичне керування амплітудою.

Приклади використання

ред.

Використання

ред.

Кварцові генератори використовують:

  • У синтезаторах частоти.
  • У спеціальних типах приймачів.
  • У радіо та телевізійних передавачах.
  • Як кришталевий[що?] годинник у мікропроцесорах.[2]

У сучасних ПК все ще використовуються кварцові генератори, але для отримання багатогігагерцових тактових частот застосовуються складніші технології. ПК використовує кристал із частотою набагато меншою, ніж робоча, і множить її за допомогою фазового автопідстроювання частоти. Комп'ютери часто використовують кристал на 14318, оскільки цю частоту використовували в старих телевізорах, і такі кристали були недорогими і широко поширеними.

Див. також

ред.

Джерела

ред.
  1. Кварцовий генератор. Державне підприємство «Український науково-дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості». Архів оригіналу за 15 Листопада 2021. Процитовано 15 листопада 2021.
  2. а б Кварцові генератори стандартні. www.sea.com.ua. Процитовано 24 липня 2022.
  3. Разбираем кварцевый генератор и его крохотную интегральную схему. Хабр (рос.). Процитовано 24 липня 2022.
  4. Генератори із кварцовою стабілізацією частоти. Vuzlit. Процитовано 24 липня 2022.