水晶発振器の説明

発振器についてはたくさんの本を読んできましたが、水晶発振器については少し謎が多いようです。 趣味レベルの本では、こんな回路を作って発振するまでいじってみろ、ということが書かれがちです。 エンジニアリングのテキストはループゲインについて詳しく説明する傾向がありますが、実践についてはあまり明確ではありません。 発振器に関するシリーズを続ける [回路ダイジェスト] の投稿には、この主題を適切に実践的に扱っています。

クリスタルは固有の共振周波数を持つように作られており、適切な励起によりその周波数またはその倍数で発振します。 もちろん、重要なのは適切な励起を見つけることです。

この投稿では、抵抗とともに直列の静電容量とインダクタンスを持つ水晶の基本モデルから始めます。 シャントまたは並列コンデンサもあります。 水晶を注文するときは、共振周波数を直列モードにするか並列モードにするかを指定します。つまり、モデル内のどのコンデンサをインダクタと共振させるか指定します。これにより、モデルが実際に実用化されます。

共振の通常の式をモデルに適用すると、2 つの共振点に対応するヌルとピークがあることがわかります。 ディップは直列周波数、ピークは並列周波数です。 実際、Analog Discovery 2 に関する最近の投稿で、本物の結晶のトレースを見ることができます。右側に見られるように、それは数学とよく一致しています。

クリスタルを使用せずにモデル内のコンポーネントだけを使用できるのではないかと疑問に思うかもしれません。 理論的にはそうです。 しかし、Q (リアクタンスと抵抗の比) は水晶よりもはるかに低くなります。 また、水晶は一般的な抵抗、コンデンサ、インダクタよりも安定しているため、実際に正確な周波数が必要な場合に使用されます。 Qが高いため、水晶は狭帯域フィルタにも役立ちます。

一般的な発振器アーキテクチャがいくつかあり、一般的な設計手順では、1 つから始めて必要な値を計算します。 この投稿ではコルピッツ発振器について考察します。 通常、コルピッツ発振器が C で始まり、フィードバック ループに (タップ付きインダクタではなく) 分割コンデンサがあることを覚えておくと、コルピッツ発振器であることが分かります。 この投稿では、Pierce オシレーターといくつかのデジタル オシレーターについても説明します。 ただし、この投稿は実際に設計計算を行う手前で止まっています。 しかし、それでも良い情報がたくさんあります。 反転アンプにバイアスをかけることができれば問題ありません。

水晶に共振周波数を注入することで、水晶をテストできます。 SDR がテストのために使用されるようになったことも見られました。