水晶振動子はどのように機能しますか？

クォーツクリスタルがどのように機能するかを説明していただけますか？私はそれが発振器の一種の安定器のように機能することを知っていますが、それ以上のものはありません。

クォーツは圧電材料です。つまり、機械的に変形させると、その表面に電荷が発生します。同様に、表面に電荷を配置すると、結晶に機械的ストレスが発生します。水晶振動子が回路に利益をもたらす方法は、機械的には水晶が自然な共振周波数で音叉のように機能し、圧電特性により電子回路に結合されることです。共振周波数は主に水晶の物理的なサイズと形状によって決定されるため、LC回路だけを使用する場合よりも温度の影響を受けにくい周波数基準が得られます。

すでに2つの素晴らしい答えがありますので、同じことについて異なる説明をしようとしています。

バックグラウンド

したがって、ピアス発振器では、水晶発振器に接続されたデジタルシステムがあります。

論理ゲートが指定された立ち上がり時間で状態を切り替える方法を見たことがあるでしょう。あなたはについての学習に任意の時間を置くと電磁適合性または単に高速デジタルデザイン（現存する最良の本があることジョンソン1）、あなたは、これは、広い範囲の周波数として見することができることを学びます。

クリスタルがすること

水晶の動作を調べるには、周波数領域と時間領域の2つの方法があります。個人的な好みのため、周波数領域から始めます。私は一緒に仕事をするすべての電気技師に、周波数領域で家に帰るように働きかけています。ここでは多くの問題が簡単になり、複雑な応答には意味があります。

周波数領域

周波数ドメインの観点から見ると、水晶は非常に高いQ（品質）係数を持つ非常に特定の周波数のフィルターです。これは、生成するすべての周波数のうち、水晶が通過できる特定の周波数のみを許可することを意味します。

時間領域

もう1つの方法は、ゲートをそれ自体に結び付けて考えることです。そこに何もなければ、遅延に等しい周波数の方形波が作成されますが、この周波数は非常に信頼できるものではなく、多くの製造パラメータに基づいて変化します。これは、クリスタルが影響する場所です。水晶に立ち上がりエッジがある場合、選択した周波数の信号のみが「通過」します。突然、水晶により100MHzの方形波が20MHzの正弦波になります。

少し余分な考え

発振器がなぜそんなに多くの電流を引き込むのだろうか？発振回路の静電容量を1秒間に2000万回充電および放電しています。また、すべてのクロックサイクルで、回路内の多くのトランジスタが同じことを行います。速度を必要としない場合、32KHz発振器はマイクロコントローラーの電源をほとんど消費しません。

もっとはっきりできるかどうか教えてください。

ウィキペディアから：

水晶振動子には、2枚の導電性プレートがあり、その間に水晶片のスライスまたは音叉が挟まれています。起動中、水晶振動子の周囲の回路はそれにランダムなノイズAC信号を印加し、偶然、水晶振動子の共振周波数でノイズのごく一部が発生します。したがって、水晶はその信号と同期して発振を開始します。発振器が水晶から出てくる信号を増幅すると、水晶の周波数帯域の信号が強くなり、最終的に発振器の出力を支配します。水晶の狭い共振帯域は、不要な周波数をすべて除去します。

私はいくつかの追加の-かなり重要な-機能に言及したい：

• クォーツは、直列および並列共振動作で動作できます（ただし、両方の共振周波数は互いに非常に近いです）。

• 一部のアプリケーション（特にピアスタイプのようなトランジスタベースの発振器）では、水晶は共振回路としてではなく、高品質のインダクタとして使用されます。