Dr. Pap László jegyzete - BME Hálózati Rendszerek és ...

13.3. GYAKORLATI MÓDSZEREK 299
+U t
R 1
L
C 2
∞
C 1
R 2
C 1
R E
R E
C 2
L
13.25. ábra. A kapacitív hárompont oszcillátor két további áramköri megvalósítása.
Kvarc oszcillátorok. A stabil frekvenciájú oszcillátoroknak a műszaki gyakorlatban igen fontos
szerepük van. Ezek között a pontos idő meghatározása és a szinkronban működő elektronikus
rendszerek vezérlése tűnik a legfontosabbnak. A kvarc oszcillátorok, a kvantummechanikai
elveket alkalmazó, úgynevezett atomórák után a legstabilabb frekvenciájú periodikus (gyakran
közel szinuszos) jelet előállító eszközök. A kvarc oszcillátorokat gyakran kvarcórának is nevezzük,
utalva az időmérésben betöltött fontos szerepükre.
Az óra nem más, mint periodikus jelet előállító forrás és egy számláló, amely az oszcilláció
periódusait leszámlálja. Az egyszerű ilyen periodikus jelet előállító forrás tipikus példája a
karórákban használt kvarc oszcillátor. A kvarc oszcillátor általában rövid időre nézve rendkívül
stabil, de a frekvenciája a belső változások (öregedés) és külső hatások miatt meglehetősen
gyorsan változik. Ez az oka annak, hogy karóráinkat viszonylag gyakran kell egy pontosabb
etalonhoz igazítani. Bár a kvarc oszcillátorok is igen pontosak lehetnek, elérhetik a10 −8 −10 −9
abszolút és relatív értéket, az atomórák pontossága ezeknél mindenképpen jobb.
A kvarc oszcillátorok frekvencia-meghatározó eleme a kvarc rezonátor, ami a kvarckristály piezoelektromos
hatását (elektromos jel hatására a kristály rezeg, illetve a kristály mechanikai
rezgésének hatására elektromos jel keletkezik) használja ki. A rezgés frekvenciája a kristály
alakjától, méretétől és a kristálytani metszet irányától függ. Az elmúlt 50 évben a rezonátorok
minősége jelentősen fejlődött. Az egyszerű kompenzálatlan kvarc oszcillátorok (XO) mellett
megjelentek a hőmérséklet kompenzált (TCXO), a mikroszámítógéppel kompenzált (MCXO),
és a feszültséggel vezérelhető (VCXO) változatok. Mindegyik típusnak megvannak az előnyei,
és az adott alkalmazáshoz a legmegfelelőbb eszközt a műszaki paraméterek (stabilitás, pontosság,
a frekvenciaváltozási sebessége, a fáziszaj, a bemelegedési idő) és az ár alapján lehet
kiválasztani.
A kvarcrezonátor elektromos modellje. A piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkező kvarckristály
a rákapcsolt feszültség hatására elektromos vezetésre képes, ezért definiálható a kristály
ekvivalens elektromos modellje. A modell a 13.26. ábrán látható.
Az ábra alapján megállapíthatjuk, hogy a kvarckristály egy párhuzamos kapacitással (C p ) és
több soros rezgőkörrel (L s , C s és r s , stb.) helyettesíthető. Ezek közül általában a legkisebb
rezonanciafrekvenciájú soros rezgőkör és a párhuzamos kapacitás vesz részt a legtöbb kvarc
oszcillátor működésében. A kapcsolás két rezonanciafrekvenciával rendelkezik. A soros rezgőkör
rezonanciafrekvenciája
1
ω s = √ , (13.158)
Ls C s