クリスタルはどのように機能しますか？

具体的には、2ピンおよび4ピンの水晶振動子。

私が知っていること：電流が印加され、発振信号を提供するために水晶が発振します。

私が知りたいこと：振動はどのように振動電流を引き起こしますか？2 / 4pinクリスタルはどのように違いますか？最後に、4pinが単独で動作し、2pinにはコンデンサが必要な理由。

二つのピンを有するデバイスは、それらが（例えば、発振回路に使用することができる共振器（結晶）、であり、発振器ないoscillatoピアース R）、正しい回路を使用した場合にマーク周波数で振動（または近く）であろう。以下に示すピアス発振器回路は、2つのコンデンサ（負荷コンデンサ、C1 / C2）、水晶（X1）、および増幅器（U1）を使用します。

4本のピンを有するデバイスは、共振器と発振能動回路を含む完全な回路です。それらは電力を必要とし、マークされた周波数（またはその近く）で方形波または正弦波出力を出力します。

コンデンサを備えた水晶のように機能する3つのピンを備えた（セラミック）共振器もあります。

水晶（およびセラミック共振子）の動作方法は、形状が歪んだときに電圧を生成する圧電材料で作られていることです。電圧を印加すると、形状に歪みが生じます。水晶は、目的の周波数で物理的に共鳴する形状（音叉またはシンバル）になります。これは、水晶がフィルターのように機能することを意味します。希望の周波数を適用すると、振動すると高インピーダンスのように見え、少し異なる周波数ではより損失が大きくなります。アンプのフィードバック回路に入れると、発振は自立します。はるかに、そしていくつかの数学はここにあります。

クリスタルが小さな鐘であると考えると、小さな小さなハンマーで叩くと、小さな鐘で大きな鐘を打つ場合と同じように純粋な音で鳴るのが簡単にわかりますハンマー。

それはまさに水晶の機能ですが、コツは圧電材料で作られており、それが当たると電気を発生させ、電気で衝撃を与えると形状が変化することです。

純粋なベルのような音を継続的に生成するために、アンプに接続されており、誰かがスイングを押しているように動作するため、1つのスイングのピークを少し過ぎたときに、プッシュすることができます次のもののために戻ってきたことを確認してください。

水晶の圧電特性により、アンプの出力が電気信号でそれを「押す」と形状が変化し、アンプを放すと水晶が跳ね返り、「押してください」という独自の信号を生成して送信しますアンプが別のプッシュを生成してサイクルを永久に再生成するのにちょうどよいタイミングでアンプの入力に入力します。

それでは、水晶が振動し始めるのはなぜですか？

ノイズ。

至る所に騒音があり、それは何十万もの小さなハンマーが常にすべてを打つようなものです。

そのノイズの一部はクリスタルに当たり、それがアンプに接続され、ノイズヒットから少し鳴り始めると、アンプはクリスタルの物理的なリンギングトーン（周波数）から電気信号を取得し、それを構築して送信しますクリスタルに戻ります。これにより、水晶の形状がさらに変化し、水晶の形状が跳ね返ると、システムが連続的に発振して安定するまで、より大きな信号がアンプに送り返されます。

水晶自体は振動しません。単に電源を投入して振動を出すだけではありません。水晶は非常に正確でシャープな周波数フィルターと考えてください。それを正しい方法でアンプのフィードバックパスに配置すると、水晶の共振周波数で回路が発振します。発振を引き起こすのは回路です。水晶は、調整された周波数を除くすべての周波数を殺します。これにより、回路が水晶の周波数で発振するのに十分な全体的なループゲインが可能になります。

共振周波数以下の結晶は、ほとんど容量性に見えます。それらの共振周波数より上では、ほとんど誘導性に見えます。それらの共振周波数では、ほとんど抵抗性に見えます。

Pierceオシレーターを3回再描画し、水晶をこれらのコンポーネントの1つに置き換えます。仕組みを理解するのに役立つ場合があります。

並列共振結晶は、実際には基本周波数の下で少し指定されています。これにより、水晶は仕様の周波数で少し容量性に見えます。追加の容量は、発振器の起動と実行に役立つ追加の位相シフトを追加します。

アンプの入力は、水晶の基本波（抵抗、通常100ΩESR未満）の近くで大きな信号を見ます。小さいオフ周波数信号は減少またはブロックされるため、基本周波数の信号は（増幅された後に）強くなり、支配的になります。

誰かをブランコに乗せます。どんなに頑張っても、スイングは基本周波数でのみ前後に動きます。

水面としての結晶を想像してください。次に、その表面全体に波紋（波）を送信します。波紋は表面を上下に動かし、表面を効果的に曲げます。水晶も振動すると曲がります。

曲げは、水晶に電界をかけることで発生しますが、曲げ自体が結晶格子に反対の電界を作成します。安静時には、これらの力はバランスが取れており、結晶には電荷がありません。

手で振動しやすいのは、12x1インチのルーラーと6x4フィートの合板のどちらですか？明らかに、小さな定規はより速く振動することができます！

結晶は同じです。それらの寸法が共振周波数を決定します。より小さくおよび/またはより薄い結晶はより速く振動します。これは、水晶の基本周波数を制限するものでもあります。水晶は、機械加工または高周波数での化学エッチングによって正確に処理するには小さすぎるか、または薄すぎます。

本当に低い周波数では、水晶は非常に大きくまたは厚くなるので、曲げるには電力がかかりすぎます。したがって、低周波32.768 kHzタイミングクリスタルには音叉クリスタルデザインが使用されます。

水晶は実際に複数の周波数で振動することができます。これらは基本波の倍数での倍音ですが、基本波よりも弱くなる傾向があります。通常は3番目または5番目の倍音で水晶を発振させる回路を設計することができます。通常、40 MHzを超える水晶は基本波ではなく3次または5次の倍音用に設計されているため、購入する前に仕様を注意深く読んでください！