Има различни резонатори, които се използват за огромен брой приложения в областта на електрониката. В този списък на резонаторите двата основно използвани материала са кварцов кристал и керамика (произвеждащ керамичен резонатор). Кварцовият кристал се използва в кристалния осцилатор, а керамичният - в керамичния резонатор. И двамата имат една и съща цел да генерират честота на трептене чрез вибриране, когато им се подаде входно напрежение. Но и двамата имат някои разлики, което ги разделя и в резултат имат различни приложения.
Какво е кристален осцилатор?
Един осцилатор е верига, която генерира честота с помощта на вълната верига и който генерира честота е известен като колебания честота. По същия начин, кристалният генератор е електронна схема или устройство, което се използва за генериране на стабилна честота с помощта на кристал вместо настроена верига. Когато кристалът вибрира, той действа като резонатор и в резултат генерира осцилираща честота. Резонаторната верига използва кристал за генериране на трептене, доведено до името Кристален осцилатор. Символът и веригата на кристален осцилатор са показани по-долу:
Научете повече за кварцов кристал и кристален осцилатор тук.
Какво е керамичен резонатор?
Подобно на кристалния осцилатор, керамичният резонатор също е електронна схема или устройство, използвано за генериране на изход на честота на трептене с помощта на керамика като резониращ пиезоелектричен материал. Материалът може да има два или повече електрода, които при свързване към осцилаторна верига получават механични вибрации и в резултат се генерира трептящ сигнал с определена честота. Схемата за резонатора е подобна на тази на Crystal Oscillator и е показана по-долу:
Когато резонаторът работи, механичните вибрации произвеждат трептящо напрежение поради пиезоелектричния материал, т.е. керамика, а трептящото напрежение е прикрепено към електродите като изход. Обратната концепция се използва в случай на обратен пиезоелектричен ефект.
Кристален осцилатор срещу резонатор
Въпреки че и двамата имат една и съща работна процедура и генерират честотни трептения като изход, те имат известна разлика в свойствата, поради които осцилаторът е заменил резонатора в много случаи, които са:
- Честотен обхват - Кристалният осцилатор има много по-висок Q фактор от този на керамичния резонатор, поради което кристалният осцилатор има честотен обхват от 10 kHz - 100 MHz, а честотният диапазон на керамичния резонатор варира от 190 kHz - 50 MHz
- Изход - Кристалният осцилатор осигурява висока честота на стабилност, а керамичният резонатор също осигурява стабилност на изхода, която не е толкова добра в сравнение с кристалния осцилатор. По отношение на точността на изходната честота, Crystal Oscillator осигурява много по-точен изход от керамичния резонатор, за който параметри като температурата са чувствителен елемент. Точността за осцилатора е 10ppm-1000ppm, докато за резонатора е 0,1% - 1%.
- Ефект, дължащ се на параметрите - за керамичния резонатор дебелината на керамичния материал би определила изходната резонансна честота, докато за кристалните осцилатори изходът на резонансната честота зависи от размера, формата, еластичността и скоростта на звука в материала. Кристалният осцилатор има много ниска зависимост от температурата, т.е. те са силно стабилни дори при промени в температурата, а керамичният резонатор има малко по-голяма зависимост от температурата, отколкото кристалният осцилатор. За кварцов кристален осцилатор изходните характеристики зависят от режима на вибрация и ъгъла, при който кристалът се реже, докато е в резонатора, основно значение има дебелината.
- Толерантност и чувствителност - Кристалният осцилатор има по-малко толерантност срещу удар и вибрации, докато керамичният резонатор има сравнително висок толеранс. Кристалният осцилатор има нисък толеранс към ESD (електростатичен разряд), докато керамичният резонатор има висок толеранс към ESD. Осцилаторите са по-чувствителни от резонаторите, чувствителността може да се сравни по отношение на радиацията. Кварцът има 0,001% толеранс на честотата, докато PZT има 0,5% толеранс.
- Зависимост на кондензатора - Резонаторите може да имат вътрешни кондензатори или понякога да се нуждаят от външни, докато осцилаторът се нуждае от външни кондензатори и тяхната стойност зависи от това с какъв кристал е проектиран да работи.
- Използван материал - Кристалният осцилатор е съставен от кварц като пиезоелектричен резонаторен материал, докато керамичните резонатори са направени от оловен циркониев титанат (PZT), който е известен като пиезоелектричен керамичен материал с висока стабилност. Кристалният осцилатор е труден за производство, докато керамичният резонатор е лесен за производство.
- Приложения - Керамичните резонатори се използват в микропроцесорно приложение, където стабилността на честотата не е важна, докато Crystal Oscillator може да се намери във всичко - от телевизори до детски играчки, които имат електрически компоненти. Резонаторите са добри за комуникация с нискоскоростен сериен порт, докато кристалните осцилатори имат налични честоти, за да поддържат и високоскоростни серийни комуникации. Резонаторите нямат налични честоти за високоскоростни комуникации със сериен порт. По отношение на приложения, базирани на часовник, резонаторите не са много подходящи за часовник в реално време / хронометър / стенен часовник, докато осцилаторите могат да бъдат подходящи за хронометриране / RTC / стенен часовник, ако са настроени с променлив кондензатор, очаквайте няколко минути отклонение годишно, ако не настроен.