کریستال چیست و در مدارات الکترونیکی چه کاربردی دارد؟

سلام.توی این جلسه از سلسله جلسات مفاهیم پایه ای الکترونیک یا همون الکترونیک به زبان ساده میخوام توضیح بدیم کریستال یا همون اسیلاتور چیه و اصلا به چه دردی میخوره.

کریستال چیه؟

یه قطعه ی الکترونیکی هست که کارش اینه که یه سیگنال الکتریکی با  فرکانس خاص و البته بسیار دقیق رو تولید کنه مثلا فرکانس 16MHz

Slide1

کریستال کجاها کاربرد داره؟

عموما جاهایی کاربرد داره که نیاز به دقت بالایی وجود داره مثل همین ساعت های دیجیتال.اگه توی این ساعت ها کریستالی که استفاده میشه دقیق نباشه همه چی به هم میریزه و بعد از یه مدت دیگه ساعت اصلا دقیق نیست و یکی دو ساعت اصلا ممکنه اختلاف زمان داشته باشیم که خیلی بده.

Slide2

کاربرد دیگه ی این قطعات برمیگرده به این موضوع که اگه بخوایم توی مدارمون یه فرکانس بالاتری رو تولید کنیم.مثال واضحش هم میکرو avr هست.اگه دقت کرده باشید توی خیلی از این میکروهای avr کنار مدار یه کریستال هم(معمولا 16 مگاهرتز) میذارن تا فرکانس کار مدار رو ببرن بالا.
توی میکروپروسسورها و میکروکنترلرها معمولا دو تا پایه وجود داره به نام های OSC1 و OSC2  یا XTAL1  و XTAL2مشخص شده که کریستال رو به اون دو تا پایه وصل میکنن و البته کنارش دو تا خازن (معمولا 30PF ) هم میذارن که توی دیتاشیت میکروکنترلر نحوه ی اتصال اون نشون داده شده.

Micorprocessor-crystall

حالا یه سوال:چرا نمیان یه کریستالی با فرکانس مثلا 1 گیگا هرتز بذارن تا فرکانس کاری خیلی بره بالا و کارا سریعتر انجام بشه؟

دو تا دلیل داره.اولیش اینه که اصلا اون میکروکنترلر یا پردازنده نمیتونه با فرکانسی بیشتر از اون فرکانس کار کنه مثلا همین میکرو avr نمیتونه دیگه با بیشتر از 16 مگاهرتز کار کنه(البته این مربوط به سری های متداول مثل atmega16 و … هست)  یا نهایتا همین میکرو دیگه بتونه تا 20 مگاهرتز به زور و ضرب کار کنه ولی دیگه نمیتونه بیشتر از اون کار کنه.

دلیل دوم هم اینه که یه واحدی وجود داره توی میکروکنترلر یا پردازنده به نام PLL که میاد فرکانس کاری ورودی رو چند برابر میکنه به عنوان مثال یه کریستال 18.432 به ورودی مدارش وصل میشه و PLL این فرکانس رو به فرکانس 60 مگاهرتز تبدیل میکنه.


جنس کریستال از چیست؟

جنس اون از یه ماده ای هست به اسم “سیلیس” که این ماده توی سطح زمین زیاد یافت میشه و به دو صورت کریستالی و غیر کریستالی وجود داره.


شماتیک کریستال توی مدارات الکتریکی :

عموما در مدارات الکترونیکی به صورت X یا XTAL  یا Y با نماد زیر نمایش داده میشن.

Slide3

اگه میخواید در مورد شماتیک قطعات الکترونیکی بیشتر بدونید حتما به پست”شماتیک قطعات” مراجعه کنید.

 

شکل زیر هم نمونه یه مدار هست که توش از کریستال استفاده شده.

Slide4


نوع نصب کریستال ها در مدار:

کریستال ها به دو صورت در مدار نصب میشن.

1.اولین نوع نصب از طریق پایه هست که  توی سوراخ هایی که توی فیبر مدار چاپی یا همون PCB انجام دادیم میشینن مثل شکل زیر:

Slide5

2.دومین نوع نصب ، نصب سطحی هست که که روی سطح PCB لحیم میشن و عکسش رو هم در زیر میبینید.

6.Crystall-smd


چند نکته پراکنده درباره کریستال:

1:برای ساخت کریستال مدارات مختلفی وجود داره که اگه دوست دارید یه نمونه اش رو بسازید میتونید توی اینترنت بگردید.در ضمن کتاب الکترونیک 3 خرمی انتشارات دانشگاه امام حسین هم یه فصل رو اختصاص داده به کریستال که میتونید از اون هم استفاده کنید.

2.کریستال رو هم در ظاهر شاید بتونیم توی هر رنجی بسازیم ولی وقتی میرسیم به عمل میبینیم که نمیشه این کار رو انجام داد.علتش هم اینه که هر چی فرکانس تولیدی کریستال بره بالاتر اون کانی کریستال هم خیلی ظریف تر بشه.

3.توی مدارات میکروکنترلری که استفاده میکنید حتما حتما حتما ببینید توی دیتاشیت چه توصیه ای برای فرکانس کریستال شده و حتما یه کریستالی از همون رنج بذارید و خودتون خیلی خودجوش 🙂 دست به انتخاب نزنید

برای دریافت آخرین مطالب سایت  و همچنین مطالب منحصر به فرد دیگر که در سایت منتشر نمی شوند میتوانید در کانال تلگرام ما عضو شوید و یا در اینستاگرام ما را فالوو کنید:

خوب این بحث هم به پایان رسید.امیدوارم براتون جالب بوده باشه.

تا مطلب آینده فعلا خدانگهدار.