Rangkaian Osilator Kristal dan Cara Kerja
Osilator kristal adalah rangkaian osilator elektronik yang digunakan untuk resonansi mekanik kristal bergetar dari bahan piezoelektrik. Ini akan membuat sinyal listrik dengan frekuensi yang diberikan.
Frekuensi ini umumnya digunakan untuk melacak waktu misalnya: jam tangan digunakan dalam rangkaian terintegrasi digital untuk memberikan sinyal jam yang stabil dan juga digunakan untuk menstabilkan frekuensi untuk pemancar dan penerima radio.
Kristal Kuarsa terutama digunakan dalam osilator frekuensi radio (RF). Kristal kuarsa adalah jenis resonator piezoelektrik yang paling umum, dalam rangkaian osilator yang kita gunakan sehingga dikenal sebagai osilator kristal. Osilator kristal dirancang untuk memberikan kapasitansi beban.
Ada berbagai jenis rangkaian elektronik osilator yang digunakan yaitu: Osilator linear - Osilator Hartley, Osilator Phase-shift, Osilator Armstrong, Osilator Clapp, Osilator Colpitts. Osilator relaksasi - Osilator Royer, Osilator Dynatron, Osilator cincin, Osilator Pierce, Multivibrator, dan Voltage Controlled osilator (VCO).
Segera kita akan membahas secara rinci tentang Osilator kristal seperti, Cara kerja dan Aplikasi Osilator kristal.
Tegangan itu menyebabkan distorsi pada kristal. Jumlah yang terdistorsi akan sebanding dengan tegangan yang diberikan dan juga tegangan alternatif yang diterapkan pada kristal yang menyebabkannya bergetar pada frekuensi alami.
Gambar di bawah ini merupakan simbol elektronik dari resonator kristal piezoelektrik dan juga kristal kuarsa dalam osilator elektronik yang terdiri dari Resistor, Induktor, dan Kapasitor.
Umumnya transistor bipolar atau transistor FET digunakan dalam konstruksi rangkaian osilator kristal. Ini karena penguat operasional (Op-amp) dapat digunakan di berbagai rangkaian osilator frekuensi rendah yang berbeda di bawah 100KHz tetapi penguat operasional (Op-amp) tidak memiliki bandwidth untuk beroperasi.
Ini akan menjadi masalah pada frekuensi yang lebih tinggi yang cocok dengan kristal yang berada di atas 1MHz. Untuk mengatasi masalah ini dirancang Osilator Kristal Colpitts. Ini akan bekerja pada Frekuensi lebih tinggi. Dalam osilator ini, rangkaian tangki LC yang memberikan osilasi umpan balik telah digantikan oleh kristal kuarsa.
Biasanya osilator kristal kuarsa sangat stabil, terdiri dari faktor kualitas yang baik (Q), ukurannya kecil, dan terkait secara ekonomi. Oleh karena itu, rangkaian osilator kristal kuarsa lebih unggul dibandingkan dengan resonator lain seperti rangkaian LC. Secara umum dalam Mikroprosesor dan pengontrol Mikro, kami menggunakan osilator kristal 8MHz.
Rangkaian listrik yang setara juga menggambarkan aksi kristal dari kristal. Lihat saja diagram rangkaian listrik setara yang ditunjukkan di atas. Komponen dasar yang digunakan dalam rangkaian, induktansi L mewakili massa kristal, kapasitansi C2 mewakili penyesuaian, dan C1 digunakan untuk mewakili kapasitansi yang terbentuk karena pencetakan mekanis kristal, resistansi R menunjukkan gesekan struktur internal kristal, rangkaian diagram osilator kristal kuarsa terdiri dari dua resonansi seperti resonansi seri dan paralel, yaitu dua frekuensi resonansi.
Resonansi seri terjadi ketika reaktansi yang dihasilkan oleh kapasitansi C1 adalah sama dan berlawanan dengan reaktansi yang dihasilkan oleh induktansi L. Fr dan fp masing-masing mewakili frekuensi resonansi seri dan paralel, dan nilai 'fr' dan 'fp' dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Diagram di atas menggambarkan rangkaian setara, grafik plot untuk frekuensi Resonansi, Rumus untuk frekuensi Resonansi.
Sebagai contoh, mari kita perhatikan mikrokontroler 8051, dalam pengontrol khusus ini rangkaian osilator kristal eksternal akan bekerja dengan 12MHz yang penting, meskipun mikrokontroler 8051 ini (berdasarkan model) yang mampu bekerja pada 40 MHz (maks) harus menyediakan 12MHz dalam sebagian besar kasus karena untuk siklus mesin 8051 membutuhkan 12 siklus clock.
Sehingga untuk memberikan laju siklus efektif pada 1MHz (mengambil clock 12MHz) hingga 3.33MHz (mengambil clock maksimum 40MHz). Osilator kristal khusus ini yang memiliki laju siklus pada 1MHz hingga 3.33MHz digunakan untuk menghasilkan pulsa clock yang diperlukan untuk sinkronisasi semua operasi internal.
Aplikasi Osilator Colpitts terutama melibatkan di mana berbagai frekuensi digunakan. Juga digunakan dalam kondisi osilasi yang tidak terkendali dan terus menerus. Menggunakan beberapa perangkat di rangkaian Colpitts, kita dapat mencapai stabilitas suhu yang lebih besar dan frekuensi tinggi.
Colpitts digunakan untuk pengembangan komunikasi seluler dan komunikasi radio.
Akhirnya, ia menghasilkan filter frekuensi radio pita sempit dan amplifier. Dalam rangkaian resonator osilator Kristal ini diganti dengan loop umpan balik.
Frekuensi ini umumnya digunakan untuk melacak waktu misalnya: jam tangan digunakan dalam rangkaian terintegrasi digital untuk memberikan sinyal jam yang stabil dan juga digunakan untuk menstabilkan frekuensi untuk pemancar dan penerima radio.
Kristal Kuarsa terutama digunakan dalam osilator frekuensi radio (RF). Kristal kuarsa adalah jenis resonator piezoelektrik yang paling umum, dalam rangkaian osilator yang kita gunakan sehingga dikenal sebagai osilator kristal. Osilator kristal dirancang untuk memberikan kapasitansi beban.
Ada berbagai jenis rangkaian elektronik osilator yang digunakan yaitu: Osilator linear - Osilator Hartley, Osilator Phase-shift, Osilator Armstrong, Osilator Clapp, Osilator Colpitts. Osilator relaksasi - Osilator Royer, Osilator Dynatron, Osilator cincin, Osilator Pierce, Multivibrator, dan Voltage Controlled osilator (VCO).
Segera kita akan membahas secara rinci tentang Osilator kristal seperti, Cara kerja dan Aplikasi Osilator kristal.
Apa itu Osilator Kristal Kuarsa?
Osilator Kristal kuarsa menunjukkan sifat yang sangat penting yang dikenal sebagai efek piezoelektrik. Ketika tekanan mekanis diterapkan di seluruh permukaan kristal, tegangan yang sebanding dengan tekanan mekanis muncul di kristal.Tegangan itu menyebabkan distorsi pada kristal. Jumlah yang terdistorsi akan sebanding dengan tegangan yang diberikan dan juga tegangan alternatif yang diterapkan pada kristal yang menyebabkannya bergetar pada frekuensi alami.
Gambar di bawah ini merupakan simbol elektronik dari resonator kristal piezoelektrik dan juga kristal kuarsa dalam osilator elektronik yang terdiri dari Resistor, Induktor, dan Kapasitor.
Diagram Rangkaian Osilator Kristal
Gambar di bawah adalah 20psc New 16MHz Osilator Kristal Kuarsa dan itu adalah salah satu jenis osilator kristal, yang bekerja dengan frekuensi 16MHz.Umumnya transistor bipolar atau transistor FET digunakan dalam konstruksi rangkaian osilator kristal. Ini karena penguat operasional (Op-amp) dapat digunakan di berbagai rangkaian osilator frekuensi rendah yang berbeda di bawah 100KHz tetapi penguat operasional (Op-amp) tidak memiliki bandwidth untuk beroperasi.
Ini akan menjadi masalah pada frekuensi yang lebih tinggi yang cocok dengan kristal yang berada di atas 1MHz. Untuk mengatasi masalah ini dirancang Osilator Kristal Colpitts. Ini akan bekerja pada Frekuensi lebih tinggi. Dalam osilator ini, rangkaian tangki LC yang memberikan osilasi umpan balik telah digantikan oleh kristal kuarsa.
Prinsip Kerja Osilator Kristal
Rangkaian osilator kristal biasanya bekerja berdasarkan prinsip efek piezoelektrik terbalik. Medan listrik yang diterapkan akan menghasilkan deformasi mekanis pada beberapa material. Dengan demikian, ia menggunakan resonansi mekanik kristal bergetar, yang dibuat dengan bahan piezoelektrik untuk menghasilkan sinyal listrik dari frekuensi tertentu.Biasanya osilator kristal kuarsa sangat stabil, terdiri dari faktor kualitas yang baik (Q), ukurannya kecil, dan terkait secara ekonomi. Oleh karena itu, rangkaian osilator kristal kuarsa lebih unggul dibandingkan dengan resonator lain seperti rangkaian LC. Secara umum dalam Mikroprosesor dan pengontrol Mikro, kami menggunakan osilator kristal 8MHz.
Rangkaian listrik yang setara juga menggambarkan aksi kristal dari kristal. Lihat saja diagram rangkaian listrik setara yang ditunjukkan di atas. Komponen dasar yang digunakan dalam rangkaian, induktansi L mewakili massa kristal, kapasitansi C2 mewakili penyesuaian, dan C1 digunakan untuk mewakili kapasitansi yang terbentuk karena pencetakan mekanis kristal, resistansi R menunjukkan gesekan struktur internal kristal, rangkaian diagram osilator kristal kuarsa terdiri dari dua resonansi seperti resonansi seri dan paralel, yaitu dua frekuensi resonansi.
Resonansi seri terjadi ketika reaktansi yang dihasilkan oleh kapasitansi C1 adalah sama dan berlawanan dengan reaktansi yang dihasilkan oleh induktansi L. Fr dan fp masing-masing mewakili frekuensi resonansi seri dan paralel, dan nilai 'fr' dan 'fp' dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Diagram di atas menggambarkan rangkaian setara, grafik plot untuk frekuensi Resonansi, Rumus untuk frekuensi Resonansi.
Aplikasi (penerapan) Osilator Kristal
Secara umum, kita tahu bahwa, dalam desain mikroprosesor dan mikrokontroler, osilator kristal digunakan untuk menyediakan sinyal clock.Sebagai contoh, mari kita perhatikan mikrokontroler 8051, dalam pengontrol khusus ini rangkaian osilator kristal eksternal akan bekerja dengan 12MHz yang penting, meskipun mikrokontroler 8051 ini (berdasarkan model) yang mampu bekerja pada 40 MHz (maks) harus menyediakan 12MHz dalam sebagian besar kasus karena untuk siklus mesin 8051 membutuhkan 12 siklus clock.
Sehingga untuk memberikan laju siklus efektif pada 1MHz (mengambil clock 12MHz) hingga 3.33MHz (mengambil clock maksimum 40MHz). Osilator kristal khusus ini yang memiliki laju siklus pada 1MHz hingga 3.33MHz digunakan untuk menghasilkan pulsa clock yang diperlukan untuk sinkronisasi semua operasi internal.
Aplikasi Osilator Kristal
Ada berbagai aplikasi untuk osilator kristal di berbagai bidang dan beberapa aplikasi osilator kristal diberikan di bawah iniAplikasi Osilator Kristal Colpitts
Osilator Colpitts digunakan untuk menghasilkan sinyal output sinusoidal pada frekuensi yang sangat tinggi. Osilator ini dapat digunakan sebagai berbagai jenis sensor seperti sensor suhu. Karena perangkat SAW yang kami gunakan dalam rangkaian Colpitts, ia merasakan langsung dari permukaannya.Aplikasi Osilator Colpitts terutama melibatkan di mana berbagai frekuensi digunakan. Juga digunakan dalam kondisi osilasi yang tidak terkendali dan terus menerus. Menggunakan beberapa perangkat di rangkaian Colpitts, kita dapat mencapai stabilitas suhu yang lebih besar dan frekuensi tinggi.
Colpitts digunakan untuk pengembangan komunikasi seluler dan komunikasi radio.
Aplikasi Osilator Kristal Armstrong
Rangkaian ini populer hingga 1940-an. Ini banyak digunakan dalam penerima radio regeneratif. Dalam input itu, sinyal frekuensi radio dari antena digabungkan secara magnetis ke rangkaian tangki melalui belitan tambahan, dan umpan balik dikurangi untuk mendapatkan kontrol dalam loop umpan balik.Akhirnya, ia menghasilkan filter frekuensi radio pita sempit dan amplifier. Dalam rangkaian resonator osilator Kristal ini diganti dengan loop umpan balik.
Di Militer dan Luar Angkasa
Untuk sistem komunikasi yang efisien, osilator Kristal digunakan di militer dan luar angkasa. Sistem komunikasi adalah untuk menetapkan dan untuk tujuan navigasi dan peperangan elektronik dalam sistem panduanDalam Penelitian dan Pengukuran
Osilator kristal digunakan dalam penelitian dan pengukuran untuk navigasi selestial dan tujuan pelacakan ruang, dalam perangkat medis dan dalam instrumen pengukuran.Aplikasi Industri Osilator Kristal
Ada banyak aplikasi industri osilator kristal. Mereka banyak digunakan di komputer, instrumentasi, sistem digital, dalam sistem loop terkunci fasa, modem, kelautan, telekomunikasi, dalam sensor dan juga dalam drive disk.
Osilator kristal juga digunakan dalam pengontrolan mesin, clock dan untuk trip komputer, stereo, dan dalam sistem GPS. Ini adalah aplikasi Otomotif.
Osilator kristal digunakan di banyak barang konsumen. Misalnya, sistem televisi kabel, kamera video, komputer pribadi, mainan dan permainan video, telepon seluler, sistem radio. Ini adalah Aplikasi Konsumen Osilator Kristal.
Ini semua tentang apa itu Osilator Kristal, cara kerjanya dan Aplikasi (penerapan). Kami berharap bahwa informasi yang diberikan dalam artikel ini bermanfaat bagi Anda untuk pemahaman yang lebih baik tentang konsep ini.