کریستال چیست و در مدارات الکترونیکی چه کاربردی دارد؟

مقدمه

سلام.در این جلسه از سلسله جلسات مفاهیم پایه ای الکترونیک یا همون الکترونیک به زبان ساده میخوام توضیح بدیم کریستال یا همون اسیلاتور چیه و اصلا به چه دردی میخوره. پیشنههاد میکنم برای فهم بهتر این مطلب ابتدا مطالب زیر رو بخونید:

• PCB چیست؟ بخش اول
• PCB چیست؟ بخش دوم
• شماتیک قطعات الکترونیکی

معرفی کریستال و کاربردهای آن

کریستال چیست؟

یه قطعه ی الکترونیکی هست که کارش اینه که یه سیگنال الکتریکی با  فرکانس خاص و البته بسیار دقیق رو تولید کنه مثلا فرکانس 16MHz

کریستال کجاها کاربرد دارد؟

عموما جاهایی کاربرد داره که نیاز به دقت بالایی وجود داره مثل همین ساعت های دیجیتال.اگه در این ساعت ها کریستالی که استفاده میشه دقیق نباشه همه چی به هم میریزه و بعد از یه مدت دیگه ساعت اصلا دقیق نیست و یکی دو ساعت اصلا ممکنه اختلاف زمان داشته باشیم که خیلی بده.

کاربرددیگه ی این قطعات برمیگرده به این موضوع که اگه بخوایم در مدارمون یه فرکانس بالاتری رو تولید کنیم.مثال واضحش هم میکرو avr هست.اگه دقت کرده باشید در خیلی از این میکروهای avr کنار مدار یه کریستال هم(معمولا 16 مگاهرتز) میذارن تا فرکانس کار مدار رو ببرن بالا.
در میکروپروسسورها و میکروکنترلرها معمولا دو تا پایه وجود داره به نام های OSC1 و OSC2  یا XTAL1  و XTAL2مشخص شده که کریستال رو به اون دو تا پایه وصل میکنن و البته کنارش دو تا خازن (معمولا 30PF ) هم میذارن که در دیتاشیت میکروکنترلر نحوه ی اتصال اون نشون داده شده.

حالا یه سوال:چرا نمیان یه کریستالی با فرکانس مثلا 1 گیگا هرتز بذارن تا فرکانس کاری خیلی بره بالا و کارا سریعتر انجام بشه؟

دو تا دلیل داره.اولیش اینه که اصلا اون میکروکنترلر یا پردازنده نمیتونه با فرکانسی بیشتر از اون فرکانس کار کنه مثلا همین میکرو avr نمیتونه دیگه با بیشتر از 16 مگاهرتز کار کنه(البته این مربوط به سری های متداول مثل atmega16 و … هست)  یا نهایتا همین میکرو دیگه بتونه تا 20 مگاهرتز به زور و ضرب کار کنه ولی دیگه نمیتونه بیشتر از اون کار کنه.

دلیل دوم هم اینه که یه واحدی وجود داره در میکروکنترلر یا پردازنده به نام PLL که میاد فرکانس کاری ورودی رو چند برابر میکنه به عنوان مثال یه کریستال 18.432 به ورودی مدارش وصل میشه و PLL این فرکانس رو به فرکانس 60 مگاهرتز تبدیل میکنه.

جنس کریستال از چیست؟

جنس اون از یه ماده ای هست به اسم “سیلیس” که این ماده در سطح زمین زیاد یافت میشه و به دو صورت کریستالی و غیر کریستالی وجود داره.

شماتیک کریستال در مدارات الکتریکی :

عموما در مدارات الکترونیکی به صورت X یا XTAL  یا Y با نماد زیر نمایش داده میشن.

اگه میخواید در مورد شماتیک قطعات الکترونیکی بیشتر بدونید حتما به پست”شماتیک قطعات” مراجعه کنید.

شکل زیر هم نمونه یه مدار هست که توش از کریستال استفاده شده.

نوع نصب کریستال ها در مدار:

این قطعات در مدارات به دو صورت نصب میشن:

1.اولین نوع نصب از طریق پایه هست که  در سوراخ هایی که در فیبر مدار چاپی یا همون PCB انجام دادیم قرار میگیرن

2.دومین نوع نصب ، نصب سطحی هست که که روی سطح PCB لحیم میشن. تصویر این دو حالت در شکل زیر آورده شده است:

چند نکته پراکنده درباره کریستال:

1. برای ساخت کریستال مدارات مختلفی وجود داره که اگه دوست دارید یه نمونه اش رو بسازید میتونید در اینترنت بگردید.در ضمن کتاب الکترونیک 3 خرمی انتشارات دانشگاه امام حسین هم یه فصل رو اختصاص داده به کریستال که میتونید از اون هم استفاده کنید.
2. کریستال رو هم در ظاهر شاید بتونیم در هر رنجی بسازیم ولی وقتی میرسیم به عمل میبینیم که نمیشه این کار رو انجام داد.علتش هم اینه که هر چی فرکانس تولیدی  بره بالاتر اون کانی کریستال هم خیلی ظریف تر بشه.
3. در مدارات میکروکنترلری که استفاده میکنید حتما حتما حتما ببینید در دیتاشیت چه توصیه ای برای فرکانس کریستال شده و حتما یه کریستالی از همون رنج بذارید و خودتون خیلی خودجوش 🙂 دست به انتخاب نزنید

خوب به پایان این بحث رسیدیم. برای دریافت آخرین مطالب سایت  و همچنین مطالب منحصر به فرد دیگر که در سایت منتشر نمی شوند میتوانید در کانال تلگرام ما عضو شوید و یا در اینستاگرام ما را فالوو کنید: