Работа Кварцевого Резонатора.

[fabrickijalex 0]

Здравствуйте! Я хочу понять как кварцевый резонатор стабилизирует тактовую частоту микроконтроллера. Я знаю что на определённой частоте сопротивление кварца минимально и чисто активно. Но каким образом кварц работает именно на этой частоте, ведь он может работать на любой частоте, просто его сопротивление будет выше.

Edited April 20, 2012 by fabrickijalex

[Adver 220]

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН (Экспресс изготовление за 24 часа!)

Сборка высококачественных печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотрщик Gerber-файлов от PCBWay!

Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6.

Студенческое спонсорство

[malenich 1651]

Он не стабилизирует частоту, он колеблется с этой частотой. Резонансная механическая частота совпадает с резонансной электрической частотой. Но это весьма упрощенно. А дальше разложение Фурье, т.е. присутствуют (всегда) гармонические колебания. В первом приближении так...весьма упростил.

[Adver 220]

JLCPCB — Прототип платы всего за 2$ без доп. цены за цвет платы + 1 день время изготовления

Бесплатная доставка по всему миру для новых заказчиков!

Онлайн расчет на JLCPCB.com

Смотрите видео о фабрике JLCPCB: https://youtu.be/_XCznQFV-Mw

5$ скидка первым 40 клиентам Паяльника по кодовому слову "CXEMJLCPCB"!

[NebsteR 744]

http://ru.wikipedia.org/wiki/Кварцевый_резонатор

Раздел "Принцип действия"...

[Adver 220]

Особенности схемотехники и трассировки печатных плат для STM32WB55

Разработка новых устройств на базе беспроводного микроконтроллера STM32WB от STMicroelectronics может быть сделана в короткий срок, если выполнять некоторые важные правила и воспользоваться готовыми конструктивными решениями и рекомендациями инженеров ST.

Читать статью

[fabrickijalex 0]

Ну а что заставляет колебаться его с этой частотой? Внутренний генератор мк? Если это так тогда зачем нужен этот кварц?

http://ru.wikipedia.org/wiki/Кварцевый_резонатор

Раздел "Принцип действия"...

Это я понимаю. Я не понимаю что заставляет его колебаться с этой частотой.

[Adver 220]

[noise1 1336]

Вы не правы, существуют разные кварцы. Высокостабильные кварцы для генераторов работают только на основной частоте, на остальных( гармониках) могут и не работать. Есть гармониковые кварцы, у которых самая хорошая добротность на одной из гармоник, почти все ВЧ кварцы - гармониковые. У Кварца есть параллельный и последовательный резонансы, разнос их зависит от многих фпкторов, основной, ось среза. Писать можно долго, лучше книжку прочитать. " Справочник по кварцевым резонаторам" Поздняков П.Г. 1978г.

Edited April 20, 2012 by noise1

[Adver 220]

                     

CoolGaN - на предельной скорости коммутации!

Решения на галлий-нитриде (GaN) обладают фундаментальными преимуществами перед кремнием. В частности, имея более высокую критическую напряжённость электрического поля, в сравнении с традиционными кремниевыми транзисторами, транзисторы на основе галлий-нитрида обладают выдающимися динамическими характеристиками, что позволяет коммутировать их на высоких частотах. Семейство CoolGaN™ – это именно то, что необходимо, чтобы поднять ваши устройства на принципиально новый уровень. Мы собрали все самые интересные материалы по данной теме на одной странице.

Читать статьи

[malenich 1651]

Кварц заставляет генератор колебаться с его частотой, а не наоборот! В ещё большем упрощении кварц можно представить как некий "хитрый" конденсатор. А время заряда - разряда конденсатора есть произведение ёмкости на сопротивление, и при всех равных условиях почти просоянно. Вот тебе и контур. Пойдёшь по ссылке, что дал NebsteR станет всё ещё ясней!

[noise1 1336]

Его заставляет колебаться энергия, которую вы подведете извне. По бочке удар кувалды, по кварцу активный элемент в схеме или внешние колебания в фильтре.

[Adver 220]

[malenich 1651]

Вы не правы, существуют разные кварцы....Ну я же сказал, что весьма упростил...не хотел перегружать...Вы, конечно же, правы!

[fabrickijalex 0]

Вы не правы, существуют разные кварцы. Высокостабильные кварцы для генераторов работают только на основной частоте, на остальных( гармониках) могут и не работать.

Когда я писл что он может работать на любой частоте, просто его сопротивление будет выше, я имел в виду что если даже подключать два вывода кварца к батарейке, то кварц всё равно будет изгибаться.

Хорошо, тогда объясните пожалуйста, что происходит в момент подачи питания на мк. Т.е. переходные процессы.

[malenich 1651]

fabrickijalex, мы с Вами соседи, приятно, всё подробно смогу объяснить на месте!

[Andrey Z 238]

http://ru.wikipedia....цевый_резонатор

Раздел "Принцип действия"...

Это я понимаю. Я не понимаю что заставляет его колебаться с этой частотой.

Посмотрите сначала общий принцип действия автоколебательных систем

PS. Тему следует перенести в раздел для начинающих.

Edited April 20, 2012 by Andrey Z

[Alexeyslav 664]

Кварц заставляет колебаться переменное электрическое поле. Просто всякая система стремится к равновесию, для генератора контроллера это устойчивое состояние находится близко к резонансной частоте кварца, при другой частоте просто происходит срыв колебаний. Чуть частота увеличится, изменится сопротивление кварца и нарушится условие возникновения автоколебаний - генератор притормозит слегка... и так далее.

Вообще кварц надо рассматривать не как конденсатор а как колебательный контур - Кристалл кварца при снятии напряжения выгибается в другую сторону и создает на выводах противоположный потенциал, как в колебательном контуре после его возмущения.

Edited April 20, 2012 by Alexeyslav

[lc433 32]

Извините за вмешательство. Но меня всегда интересовал другой вопрос. Как появился в радиотехнике кварцевый резонатор? Кто обнаружил его свойства, при каких обстоятельствах и на основании чего?

К сожалению, история умалчивает историю появления на свет кварцевых резонаторов...

[NebsteR 744]

Изучение свойств кварца привело к открытию пьезоэлектрического эффекта, который заключается в появлении на поверхности кристалла кварца при его сжатии или растяжении одинаковых по величине, но разноименных электрических зарядов. Этот эффект впервые обнаружили и изучили в 1880 г. братья П. и Ж. Кюри на кристаллах турмалина и кварца; он получил название прямого пьезоэлектрического эффекта. В 1881 г. немецкий ученый Липпман, ознакомившись с работами Кюри, предположил существование обратного пьезоэлектрического эффекта, или механической деформации кристалла кварца, пропорциональной напряженности электрического поля. В том же году братья Кюри экспериментально подтвердили существование такого эффекта.

Дополнительно:

Пьезоэлектрический эффект был впервые открыт братьями Жаком и Пьером Кюри. Поль Ланжевен впервые использовал этот эффект в часовом резонаторе гидролокатора перед первой мировой войной. Первый кристальный резонатор, работающий на сегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М. Николсоном (Alexander M. Nicholson) из компании Bell Telephone Laboratories, хотя это оспаривалось Уолтером Гейтоном Кэди (Walter Guyton Cady), который изготовил кварцевый резонатор в 1921 году. Некоторые улучшения в кварцевые резонаторы вводились позже Льюисом Эссеном и Джорджом Вашингтоном Пирсом (George Washington Pierce).

Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920—30-х годах. Начиная с 1926 года, кварцевые резонаторы на радиостанциях использовались в качестве задающих несущую частоту элементов. В то же время резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы; только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 000 ед.

ЗЫ: никто ничего не умалчивает, надо только более-менее уметь читать и спрашивать гугл

[EM576AUD3AS5_129077 614]

Из опыта, могу добавить - иногда кварцевый резонатор в цифровых схемах ( в цепях задающего генератора) может вести себя странно т.е. генератор при включении может незапуститься, поменяв полярность кварца ( ну как поменять полярность резистора, т.е. развернуть на 180 гр.) - кварц начинает "резонировать". Это связано с особенностью М/С т.е. если скорость нарастания каждого "ящика" одинакова - генератор не запуститься т.е - мультивибратор не должен иметь устойчивого состояния.

[lc433 32]

Снова возвращаясь к казалось бы простейшему вопросу, желаю обсудить тактовую частоту МК. В любительской среде бытует мнение о возможности регулирования тактовой частоты в небольших пределах с помощью подстроечного конденсатора. Однако в документации на микроконтроллеры об этом не говорится ни слова.

Проблема точности частоты, казалось бы, решаема обычным кварцевым резонатором. Ведь на нём написано, например, 10.000 мГц. И точка. Но практические опыты показывают, либо кварц не точен, либо на конечную частоту генерации тактовых импульсов влияют емкости конденсаторов и емкости между дорожками.

В частности речь пойдёт о старом китайском кварце выпуска 1980-х, пролежашем много лет в коробочке и подвергавшимся механическим вибрациям. Часы на МК постоянно спешат. Так, при ёмкости конденсаторов (как указано в даташите: 15 - 30 пФ) в 15 пикофарад часы спешат примерно на минуту в сутки, а после замены на 33 пФ они начинают отставать на 10-20 секунд.

Неточные часы на МК, что это - сложная проблема в принципе, плохой кварц, неправильно подобранные емкости, отсутствие подстройки или неверная разводка платы?

[COKPOWEHEU 275]

10.000 мГц

Наверное 10.000 кГц, 10000-миллигерцовых кварцев не существует, минимальная частота 32768 Гц. Не путайте "мега" и "микро"

Неточные часы на МК, что это - сложная проблема в принципе, плохой кварц, неправильно подобранные емкости, отсутствие подстройки или неверная разводка платы?

Все это решается программным способом, это проще чем подгонять конденсаторы. То есть да, ими можно регулировать в каких-то пределах, но программно - проще.

И еще, если не ошибаюсь, для кварцев критичным является скорее термостабильность чем абсолютная точность.

[NebsteR 744]

Ясен пень, что имеется ввиду 10.000 МГц, а не мГц...

ЗЫ: и каким боком приставка "м" стала "микро"?

[COKPOWEHEU 275]

да, прошу прощения, мили, смысл изменится ненамного.

[terkin 0]

А как сам генератор частоты подстраивается под кварцевый резонатор? Понятно что резонатор колеблется со своей частотой. Но генератор, который подает на него ток, изначально должен колебаться с любыми частотами и в момент включения настраиваться на частоту резонатора. Вот тут и интересует как именно он может колебаться на разных частотах и как может настраиваться на нужную частоту?

[Геннадий 1202]

Генератор без кварца - не генератор. Он им становится только в купе с кварцем, который и задает частоту всего устройства за счет своей работы в цепи генератора.

Почитайте по ссылке выше...

[terkin 0]

В Википедии? Все равно не совсем понятно. Есть такое предположение. Мы подаем на кварц постоянный ток, кварц изгибается, в результате создается высокое сопротивление и ток пропадает в цепи. Кварц возвращается в исходное положение, сопротивление уменьшается и ток снова появляется.

Есть второе предположение. Там написано про противо-ЭДС, то есть кварц накапливает заряды (энергию) и потом разряжается.

Хоть одно из предположений правильное?

[COKPOWEHEU 275]

Нет.

Если ударить по кварцу, он будет колебаться с резонансной частотой. За счет пьезоэффекта на определенных гранях будет появляться заряд, пропорциональный изгибу. Поскольку подобные механические колебания описываются синусоидальным законом (затуханием пренебрегаем, кварцы делают добротными), заряд также будет меняться по синусоидальному закону. Генератор этот заряд снимает, усиливает и подает обратно на кварц, чем компенсирует затухание.

Первичный импульс ("удар" по кварцу) скорее возникает не от механического удара, а от подачи импульса напряжения при включении питания.

В сильном упрощении это выглядит так. Хотите подробнее - читайте литературу.

[Guest ss56]

Где раздобыть кварц на " около-часовую" частоту (16-50 кГц) ?

Когда-то применялся в отечественных часах на 16,384 кГц, но сейчас найти не удается

[Alexeyslav 664]

Скорей это будет керамический резонатор, по крайней мере раньше такие бескорпусные были - на любую частоту можно было сделать подрезанием кристалла. Можно использовать 32768 и поделить на два триггером в счётном режиме.