इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में यांत्रिक दोलक का प्रचलन क्यों?


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आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में घड़ी के स्रोत क्वार्ट्ज और एमईएमएस ऑसिलेटर्स से हमेशा आते हैं, जो दोनों यंत्रवत् कंपन उत्पन्न करते हैं। कंपन के आयाम और आवृत्ति, मैं कहे जाने वाले संगीत वाद्ययंत्रों में शामिल होने वाले दिन-प्रतिदिन के यांत्रिक कंपन से भिन्न परिमाण के क्रम हैं। फिर भी, यह मेरे लिए आश्चर्य की बात है कि हमें सीधे विद्युत चुम्बकीय डोमेन में घड़ी के स्रोत नहीं मिलते हैं, कैपेसिटिव या इंडक्टिव तत्वों का उपयोग करते हुए कहते हैं।

मुझे पता है कि विशेष रूप से परजीवी नुकसान के बिना निर्माण करने वाले कठिन हैं। लेकिन मुझे उम्मीद है कि मैकेनिकल ऑसिलेटर्स गैर-आदर्श भी होंगे।

आप बिजली के प्रसार में देरी का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन फिर एक छोटे से थरथरानवाला बनाना मुश्किल होगा जो धीमी आवृत्ति पर संचालित होता है।

क्या यह वास्तव में सच है कि हम सूक्ष्म कंपन उपकरणों को अधिक आदर्श रूप से बना सकते हैं, जबकि हम विद्युत दोलन घटक बना सकते हैं?


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बस एक नोट - क्वार्ट्ज क्रिस्टल 1920 के दशक में वापस रेडियो के लिए नए, बेहतर आवृत्ति नियंत्रण थे। मेरे पास 1928 की शौकिया रेडियो पत्रिकाएँ हैं जहाँ वे पहले से ही एक स्थापित तकनीक हैं (यद्यपि आज की तुलना में बड़ा तरीका)। कुछ समय के लिए वे सबसे अच्छी आवृत्ति नियंत्रण मानक थे, केवल 1940 या 1950 के दशक में परमाणु घड़ियों से आगे निकल गए थे। तो आपके प्रश्न का व्यावहारिक उत्तर है क्योंकि वे बेहतर और सस्ता काम करते हैं, और कोई भी पूरी तरह से अधिक महंगा होने के बिना बेहतर करने में सक्षम नहीं है।
टिम्वाकोट

उस नोट के लिए धन्यवाद। एक तरफ व्यावहारिकता, क्या यह आपको आश्चर्यचकित करता है? अगर किसी ने मुझे बताया कि सर्किट में वोल्टेज संदर्भ एक जनरेटर से आता है जो एक निरंतर-वेग संदर्भ से जुड़ा है। (या इससे भी बेहतर, क्वार्ट्ज क्रिस्टल द्वारा उत्पन्न वर्तमान या वोल्टेज के आयाम से), मुझे लगता है कि यह थोड़ा अजीब है। मुझे पता है कि क्रिस्टल ऑसिलेटर्स थोड़ी देर के लिए यांत्रिक थे, लेकिन आज इसने मुझे बहुत अजीब लगा कि यह वास्तव में अच्छा है। विद्युत डोमेन सिग्नल प्रोसेसिंग, ऊर्जा हस्तांतरण, संचार, आदि के लिए जीतता है।
गस

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अगर मुझे उस चीज़ से आश्चर्यचकित रहना चाहिए जो तत्काल समझ में नहीं आता है, तो मैं अपने विस्मय में सुबह बिस्तर से बाहर नहीं निकल पाऊंगा कि सूर्य अभी भी काम कर रहा है। मुझे लगता है कि यह आश्चर्य की बात है, लेकिन वास्तव में "क्यों" खोजने के लिए बहुत गहन अध्ययन की आवश्यकता होगी। मैं कुछ भी glib से अविश्वास करने के लिए करते हैं; मुझे यकीन नहीं है कि वास्तव में इसके लिए एक अच्छा, 100% सच और संक्षिप्त विवरण है।
तैम्वॉटस्कॉट

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क्वार्ट्ज बस कमाल है । यह पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव बहुत बड़ा है (इसके यांत्रिक / विद्युत गुणों के बीच की कड़ी)। इसका अंतर्निहित तापमान गुणांक बहुत छोटा है। क्रिस्टल विमानों को घुमाने से किसी भी शेष तापमान के प्रभाव को कम किया जा सकता है। बड़ी सटीकता के साथ पीस / लैपिंग की जा सकती है। कभी-कभी, ब्रह्मांड आपको ऐसा उपहार देता है।
glen_geek 20

1950 के मध्य में एक नौसिखिया शौकिया रेडियो ऑपरेटर के रूप में, FCC ने मुझे क्वार्ट्ज क्रिस्टल का उपयोग करने की आवश्यकता बताई। सौभाग्य से, मुझे 6.5 मेगाहर्ट्ज के आसपास सस्ते क्रिस्टल का एक स्रोत मिला, और लगभग 7.15 मेगाहर्ट्ज तक उन्हें फिर से पीसने में सक्षम था।
richard1941

जवाबों:


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क्योंकि यांत्रिक उपकरण अपने इलेक्ट्रिक समकक्षों की तुलना में बहुत अधिक स्थिर होते हैं। चलो एक क्रिस्टल थरथरानवाला की तुलना एक LC दोलक से करते हैं:

क्रिस्टल:

  • विकिपीडिया के अनुसार एक बहुत ही उच्च Q है , एक क्रिस्टल थरथरानवाला का विशिष्ट क्यू 10,000-1,000,000 होता है।
  • तापमान के साथ स्थिर। कई क्रिस्टलों को उनके तापमान सीमा पर <50ppm पर निर्दिष्ट किया जाता है, और तापमान के साथ ~ 1pppp तक के तापमान और मुआवजे या नियंत्रित क्रिस्टल भी उपलब्ध हैं;
  • एक तंग सहिष्णुता के लिए निर्मित। सस्ते क्रिस्टल आमतौर पर ~ 25ppm तक निर्दिष्ट होते हैं, लेकिन तंग सहनशीलता उपलब्ध हैं

नियंत्रण रेखा या आरसी:

  • एक एकीकृत उपकरण के रूप में उपलब्ध नहीं है, इसलिए शेल्फ घटकों से अलग किया जाना चाहिए (जब तक कि एक mcu या समान में एकीकृत न हो)
  • कम क्यू, कुछ सौ से अधिक क्यू के साथ एक प्रारंभ करनेवाला बनाना मुश्किल है
  • तापमान संवेदनशील - तापमान स्थिर इंडिकेटर्स बनाना मुश्किल है
  • वोल्टेज संवेदनशील - फीडबैक सर्किट में दहलीज वोल्टेज और चार्जिंग वोल्टेज आमतौर पर वोल्टेज पर निर्भर होता है।

    हालांकि, इसका मतलब यह नहीं है कि इलेक्ट्रिक ऑसिलेटर्स का उपयोग कभी नहीं किया जाता है, बस इसका उपयोग वे नहीं करते हैं जहां महान परिशुद्धता की आवश्यकता होती है। हालांकि क्रिस्टल ऑसिलेटर्स पर उनके कुछ फायदे हैं:

  • उन्हें आसानी से दूसरे आईसी में एकीकृत किया जा सकता है। कई माइक्रोकंट्रोलर अब एक एकीकृत थरथरानवाला के साथ आते हैं

  • वे (कभी-कभी) कम शक्ति का उपयोग करते हैं। अक्सर कई बार माइक्रोकंट्रोलर में वॉचडॉग टाइमर चलाने के लिए एक कम पावर ऑसिलेटर शामिल होता है, जो उच्च गति (मेगाहर्ट्ज) क्रिस्टल की तुलना में कम बिजली का उपयोग करता है, और कभी-कभी कम गति (32.768kHz) क्रिस्टल से कम बिजली का उपयोग करता है।
  • चूंकि उन्हें एक आईसी पर एकीकृत किया जा सकता है, उनका उपयोग उन जगहों पर किया जा सकता है जहां एक क्रिस्टल बहुत बड़ा होगा
  • उन्हें काफी आसानी से ट्यून किया जा सकता है। एक क्रिस्टल को वास्तव में अपनी कैलिब्रेटेड आवृत्ति से कुछ kHz स्थानांतरित किया जा सकता है, लेकिन एलसी सर्किट की क्षमता (जैसे एक वैक्टर डायोड के साथ) को समायोजित करके, आवृत्ति को काफी व्यापक सीमा पर समायोजित किया जा सकता है। इसका मतलब है कि LC ऑसिलेटर्स का उपयोग PLL या VCO जैसे सर्किट में किया जा सकता है, संभवतः क्रिस्टल के संदर्भ में भी लॉक किया गया हो।

गैर-यांत्रिक ऑसिलेटर्स का उपयोग कई उपकरणों में किया जाता है, बस उन लोगों में नहीं जहां सटीक समय की आवश्यकता होती है।


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शोर के लिए एक थरथरानवाला की संवेदनशीलता क्यू के विपरीत आनुपातिक है। यही कारण है कि एक आरसी सर्किट एक एलसी सर्किट से भी बदतर होगा - एक एलसी सर्किट में 100 या उससे अधिक क्यू हो सकता है, आरसी सर्किट में क्यू कम है एक से, हमेशा।
तिमिस्कॉट

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हाई क्यू भी संबंधित है कि सिस्टम कितना स्थिर है। एक उच्च क्यू थरथरानवाला में कम क्यू एक की तुलना में कम चरण शोर होता है, जो रेडियो सर्किट और समय के प्रति संवेदनशील सामान (एडीसी घड़ी या डीएसी को नियंत्रित करने के लिए) के लिए महत्वपूर्ण है
C_Elegans

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"मुझे लगता है कि मैंने माना कि हम एक समान लागत के लिए, एक यांत्रिक थरथरानवाला की तुलना में अधिक सटीक वोल्टेज संदर्भ बना सकते हैं"। अगर आपके पास एक परमाणु घड़ी है। और कुछ तरल नाइट्रोजन। इस लिंक को देखें ।
तैम्वॉटकोट

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"मैंने सोचा था कि भिगोना और द्रव्यमान के किसी भी मूल्य के लिए, आप एक वसंत चुन सकते हैं" ... हाँ, लेकिन वसंत दर में वृद्धि से क्यू बढ़ जाती है, जब तक कि आप भिगोना बढ़ाने के लिए मेल नहीं खाते।
टिमस्कॉट

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10-10

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यह वास्तव में नहीं है कि क्या इंडिकेटर्स और कैपेसिटर को मैकेनिकल ऑसिलेटर से अधिक सटीक रूप से बनाया जा सकता है। यह है कि क्या वे घटक वोल्टेज / तापमान सीमाओं पर स्थिर तरीके से काम कर सकते हैं। जब तक आप अपने सभी सर्किट को एक बैंड-गैप वोल्टेज संदर्भ, एक थर्मामीटर, और एक हीटिंग सर्किट को वोल्टेज / तापमान स्थिर रखने के लिए डिज़ाइन करना चाहते हैं, तब तक आपको क्रिस्टल के रूप में लगभग स्थिर रूप से संचालित करने के लिए इंडक्टर्स और कैपेसिटर नहीं मिल सकते हैं। ।

निर्माण के दौरान सही आवृत्ति के लिए एक क्रिस्टल को ट्यून करने के लिए, मैं मान रहा हूं कि वे इसे तब तक पॉलिश कर सकते हैं जब तक कि यह सही आकार में न हो। आप आवश्यकतानुसार कैप और इंडक्टर का भी निर्माण कर सकते हैं। समस्या यह है कि यह सिर्फ वहाँ नहीं रहेगा।


क्या यह महत्वपूर्ण है कि क्लॉक सोर्स वोल्टेज रेंज पर स्थिर हो? मुझे लगा था कि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स, आपके सेलफोन की तरह, एक सटीक वोल्टेज संदर्भ (बैंड-गैप के कारण) है। तापमान पर स्थिरता अधिक समझ में आता है। ओवन-नियंत्रित क्रिस्टल थरथरानवाला हैं, इसलिए उन्हें तापमान के प्रति संवेदनशील होना चाहिए, लेकिन कुछ हद तक?
गस

@Gus वोल्टेज रेंज तापमान जितना महत्वपूर्ण नहीं होगा। वास्तव में सटीक सामग्री के लिए, यह एक क्रिस्टल को नियंत्रित करने के लिए समझ में आता है।
होर्ता

जीएसएम सेलफोन को आवृत्ति में छंटनी की जाती है, इसलिए पैकेट समय पर बहाव नहीं करते हैं; यह सुनिश्चित करता है कि पैकेट के बीच हमेशा पूर्वानुमानित रैम्पअप और रैंपडाउन समय हो और साथ में कभी भी पैकेट गायब या गायब न हों।
analogsystemsrf
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