Er zijn verschillende resonatoren die worden gebruikt voor een enorm aantal toepassingen op het gebied van elektronica. In die lijst met resonatoren zijn de twee meest gebruikte materialen kwartskristal en keramiek (waardoor keramische resonator wordt gemaakt). Kwartskristal wordt gebruikt in kristaloscillator en keramiek wordt gebruikt in keramische resonator. Beiden hebben hetzelfde doel om een oscillatiefrequentie te genereren door te trillen wanneer ze een ingangsspanning krijgen. Maar ze hebben ook enkele verschillen, waardoor ze van elkaar gescheiden zijn, en als gevolg daarvan hebben ze verschillende toepassingen.
Wat is een kristaloscillator?
Een oscillator is een circuit dat frequentie genereert met behulp van een afgestemd circuit en die gegenereerde frequentie staat bekend als oscillatiefrequentie. Evenzo is een kristaloscillator een elektronisch circuit of apparaat dat wordt gebruikt om een stabiele frequentie te genereren met behulp van een kristal in plaats van een afgestemd circuit. Als het kristal trilt, werkt het als een resonator en als resultaat genereert het een oscillerende frequentie. Het resonatorcircuit gebruikt een kristal om de oscillatie te genereren, wat leidde tot de naam Crystal Oscillator. Het symbool en circuit van een kristaloscillator is zoals hieronder weergegeven:
Lees hier meer over kwartskristal en kristaloscillator.
Wat is een keramische resonator?
Vergelijkbaar met de kristaloscillator, is de keramische resonator ook een elektronisch circuit of een apparaat dat wordt gebruikt om een output van oscillatiefrequentie te genereren met behulp van keramiek als een resonerend piëzo-elektrisch materiaal. Het materiaal kan twee of meer elektroden hebben die bij aansluiting op een oscillatorcircuit mechanische trillingen krijgen en als gevolg daarvan wordt een oscillerend signaal met een specifieke frequentie gegenereerd. Het circuit voor de resonator is vergelijkbaar met dat van de kristaloscillator en is zoals hieronder weergegeven:
Wanneer de resonator werkt, produceren de mechanische trillingen een oscillerende spanning als gevolg van het piëzo-elektrische materiaal, dwz keramiek, en de oscillerende spanning wordt vervolgens als uitgang aan de elektroden bevestigd. Het omgekeerde concept wordt gebruikt in het geval van een omgekeerd piëzo-elektrisch effect.
Kristaloscillator versus resonator
Hoewel ze allebei dezelfde werkprocedure hebben en frequentie-oscillatie genereren als output, hebben ze enig verschil in eigenschappen waardoor de oscillator in veel gevallen de resonator heeft vervangen, namelijk:
- Frequentiebereik - De kristaloscillator heeft een veel hoge Q-factor dan die van de keramische resonator, waardoor de kristaloscillator een frequentiebereik heeft van 10 kHz - 100 MHz, terwijl het frequentiebereik van een keramische resonator varieert van 190 kHz - 50 MHz
- Uitgang - Kristaloscillator biedt een hoge stabiliteitsfrequentie-output en de keramische resonator biedt ook een stabiliteitsoutput die niet zo goed is in vergelijking met de kristaloscillator. In termen van nauwkeurigheid van de uitgangsfrequentie biedt Crystal Oscillator een veel nauwkeurigere uitvoer dan de keramische resonator waarvoor parameters zoals temperatuur een gevoelig element zijn. De nauwkeurigheid voor de oscillator is 10ppm-1000ppm terwijl die voor de resonator 0,1% - 1% is.
- Effect als gevolg van parameters - Voor keramische resonatoren zou de dikte van het keramische materiaal de outputresonantiefrequentie bepalen, terwijl voor kristaloscillators de resonantiefrequentie-output afhangt van de grootte, vorm, elasticiteit en geluidssnelheid in het materiaal. De kristaloscillator heeft een zeer lage temperatuurafhankelijkheid, dwz ze zijn zeer stabiel, zelfs bij temperatuurveranderingen en de keramische resonator is iets meer afhankelijk van de temperatuur dan de kristaloscillator. Voor een kwartskristaloscillator zijn de uitvoerkarakteristieken afhankelijk van de vibratiemodus en de hoek waaronder het kristal wordt gesneden, terwijl in de resonator vooral de dikte van belang is.
- Tolerantie en gevoeligheid - De kristaloscillator heeft minder tolerantie tegen schokken en trillingen, terwijl de keramische resonator relatief een hoge tolerantie heeft. Kristaloscillator heeft een lage ESD (Electrostatic Discharge) tolerantie, terwijl de keramische resonator een hoge ESD tolerantie heeft. Oscillatoren zijn gevoeliger dan de resonatoren, de gevoeligheid is qua straling vergelijkbaar. Kwarts heeft een frequentietolerantie van 0,001%, terwijl PZT een tolerantie van 0,5% heeft.
- Condensatorafhankelijkheid - Resonators kunnen interne condensatoren hebben of hebben soms externe condensatoren nodig, terwijl de oscillator externe condensatoren nodig heeft en hun waarde hangt af van het kristal dat is ontworpen om mee te werken.
- Gebruikt materiaal - Kristaloscillator is gemaakt van kwarts als het piëzo-elektrische resonatormateriaal, terwijl keramische resonatoren zijn gemaakt van lood-zirkoniumtitanaat (PZT), dat bekend staat als piëzo-elektrisch keramisch materiaal met een hoge stabiliteit. Kristaloscillator is moeilijk te vervaardigen, terwijl de keramische resonator gemakkelijk te vervaardigen is.
- Toepassingen - Keramische resonatoren worden gebruikt in microprocessortoepassingen waar de frequentiestabiliteit niet belangrijk is, terwijl Crystal Oscillator overal te vinden is, van televisies tot kinderspeelgoed met elektrische componenten. Resonatoren zijn goed voor seriële poortcommunicatie met lage snelheid, terwijl de kristaloscillatoren frequenties beschikbaar hebben om ook seriële communicatie met hoge snelheid te ondersteunen. De resonatoren hebben geen beschikbare frequenties voor snelle seriële poortcommunicatie. In termen van op klok gebaseerde toepassingen zijn resonatoren niet erg geschikt voor een realtime klok / tijdwaarneming / wandklok, terwijl oscillatoren mogelijk geschikt zijn voor tijdwaarneming / RTC / wandklok indien afgestemd met een variabele condensator, verwacht een paar minuten drift per jaar, zo niet afgestemd.