Kristal Yapısı ve Çalışması
Osilatörlerde frekans kararlılığı çok önemlidir. Bir osilatörün
sabit frekansta kalabilme özelliğine "Frekans Kararlılığı"
denir. RC ve LC osilatörle de frekans kararlılığı iyi değildir.
Verici devrelerinde, tahsis edilen frekans yayın yapabilmesi
için frekans kararlılığı en iyi olan kristal kontrollü osilatörler
kullanılır.
RC veya LC osilatörlerde, L, C ve R değerlerindeki değişkenlikler,
transistörlü yükseltecin statik çalışma noktasındaki değişiklikler,
sıcaklık ve nem gibi çevresel değişimlere bağlı olarak frekans
kararlılığı değişir.
Kristal, piezoelektrik etkiyle çalışan bir elemandır. Piezoelektrik
özellik sergileyen doğal kristal elemanlar; quartz (kuvars),
Rochelle tuzu ve turmalin 'dir. Genellikle kristal mikrofonlarda
Rochelle tuzu kullanılırken osilatörlerde frekans kararlılığı
nedeniyle quartz kullanılır. Quartz kristalinin bir yüzüne
mekanik baskı uygulandığı zaman karşıt yüzler arasında bir
gerilim oluşur. Kristallerde etki iki türlüdür. Mekanik titreşimlerin
elektrikli salınımlar;
Şekil 3.55 - Kristalin Sembolü ve Eşdeğer Devresi |
elektriki salınımların mekanik titreşimler üretmesine "Piezoelektrik
Etki" adı verilir. Bir kristale, rezonans frekansından
veya buna yakın bir frekansta AC bir sinyal uygulandığında,
kristal mekanik salınımlar yapmaya başlar. Mekanik titreşimlerin
büyüklüğü, uygulanan gerilimin büyüklüğü ile doğru orantılıdır.
Kristalin (xtall) sembolü ve eşdeğer devresi şekil 3.55
'de gösterilmiştir. Eşdeğer devredeki herbir eleman, kristalin
mekanik bir özelliğinin karşılığıdır. Cm, kristalin mekanik
montajından kaynaklanan kristalin elektrodları arasında varolan
kapasitansı gösterir. Eşdeğer devredeki C, kristalin mekanik
yumuşaklığına (esneklik, elastisite) eşdeğerdir. Eşdeğer devredeki
L, titreşim yapan kristalin kütlesini, R ise kristal yapısının
iç sürtünmesinin elektriksel eşdeğerini gösterir. R ile gösterilen
kristal kayıpları çok küçük olduğundan, kristallerin Q kalite
faktörü 20.000 gibi çok büyük bir değerdedir. LC tank devrelerinde
elde edilemeyen yüksek kalite faktörü kristal kontrollü osilatörlerde
elde edilir. Bu da kristalli osilatörlerin yüksek kararlılığını
ve kesinliğini gösterir.
Bir kristalin, bir seri ve bir de paralel eşdeğer devresi
olduğu için iki rezonans frekansı vardır. (Seri, paralel)
Seri rezonans devresi R, L ve C 'den, paralel rezonans ise
L ve Cm 'den oluşur.
Şekil 3.56 - Kristal Empedansının Frekans ile Değişmesi |
Kristalin eşdeğer devresi seri ve paralel olmak üzere iki
rezonans devresinden oluştuğuna göre şekil 3.56 'da görüldüğü
gibi iki rezonans frekansı vardır. Seri rezonans devresinin
de empedans R 'ye eşit olduğundan küçüktür, f1
değerindeki frekansta empedans çok küçüktür. L ve Cm, paralel
rezonans devresini oluşturduğundan, f2 rezonans
frekansı değerinde empedans yüksektir. Bir kristal, devre
uygulamasına bağlı olarak, gerek seri gerekse de paralel rezonans
frekansında çalışabilir.
