Có nhiều bộ cộng hưởng khác nhau được sử dụng cho vô số ứng dụng trong lĩnh vực Điện tử. Trong danh sách các bộ cộng hưởng đó, hai chất liệu chủ yếu được sử dụng là tinh thể thạch anh và Gốm (làm bộ cộng hưởng bằng gốm). Tinh thể thạch anh được sử dụng trong Bộ dao động tinh thể và Gốm được sử dụng trong Bộ cộng hưởng bằng gốm. Cả hai đều có cùng mục đích là tạo ra tần số dao động bằng cách dao động khi có điện áp đầu vào. Nhưng cả hai cũng có một số khác biệt, điều này tách biệt chúng và kết quả là chúng có các ứng dụng khác nhau.
Crystal Oscillator là gì?
Máy tạo dao động là mạch tạo ra tần số với sự trợ giúp của mạch điều chỉnh và tần số tạo ra được gọi là tần số dao động. Tương tự, bộ dao động tinh thể là một mạch điện tử hoặc thiết bị được sử dụng để tạo ra một tần số ổn định với sự trợ giúp của một tinh thể thay vì một mạch điều chỉnh. Tinh thể khi rung động, nó hoạt động như một bộ cộng hưởng và kết quả là tạo ra một tần số dao động. Mạch cộng hưởng sử dụng một tinh thể để tạo ra dao động, dẫn đến cái tên là Crystal Oscillator. Ký hiệu & mạch của bộ dao động tinh thể như hình dưới đây:
Tìm hiểu thêm về tinh thể thạch anh và bộ dao động tinh thể tại đây.
Bộ cộng hưởng gốm là gì?
Tương tự như Bộ tạo dao động tinh thể, Bộ cộng hưởng bằng gốm cũng là một mạch điện tử hoặc một thiết bị được sử dụng để tạo ra đầu ra tần số dao động với sự hỗ trợ của Gốm làm vật liệu áp điện cộng hưởng. Vật liệu có thể có hai hoặc nhiều điện cực mà khi kết nối với mạch dao động sẽ tạo ra dao động cơ học và kết quả là tín hiệu dao động của một tần số cụ thể được tạo ra. Mạch cho bộ cộng hưởng tương tự như mạch của Bộ tạo dao động tinh thể và như hình dưới đây:
Khi bộ cộng hưởng làm việc, các dao động cơ học tạo ra điện áp dao động do vật liệu áp điện tức là gốm và điện áp dao động sau đó được gắn vào các điện cực như là đầu ra. Khái niệm nghịch đảo được sử dụng trong trường hợp hiệu ứng áp điện nghịch đảo.
Crystal Oscillator Vs Resonator
Mặc dù cả hai đều có cùng quy trình làm việc và tạo ra dao động tần số như đầu ra, chúng có một số khác biệt về đặc tính do bộ tạo dao động đã thay thế bộ cộng hưởng trong nhiều trường hợp, đó là:
- Dải tần - Bộ tạo dao động tinh thể có hệ số Q cao hơn nhiều so với Bộ cộng hưởng bằng gốm do đó Bộ tạo dao động tinh có dải tần từ 10 kHz - dải tần 100 MHz trong khi dải tần của bộ cộng hưởng gốm thay đổi từ 190 kHz - 50 MHz
- Đầu ra - Bộ tạo dao động tinh thể cung cấp đầu ra tần số ổn định cao và bộ cộng hưởng bằng gốm cũng cung cấp đầu ra ổn định không tốt bằng Bộ tạo dao động tinh thể. Về độ chính xác của tần số đầu ra, Bộ dao động tinh thể cung cấp đầu ra chính xác hơn nhiều so với bộ cộng hưởng Gốm mà các thông số như nhiệt độ là một yếu tố nhạy cảm. Độ chính xác cho bộ dao động là 10ppm-1000ppm trong khi đối với bộ cộng hưởng là 0,1% - 1%.
- Ảnh hưởng do các thông số - Đối với bộ cộng hưởng gốm, độ dày của vật liệu gốm sẽ xác định tần số cộng hưởng đầu ra trong khi đối với bộ tạo dao động tinh thể, tần số cộng hưởng đầu ra phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, độ đàn hồi và tốc độ của âm thanh trong vật liệu. Bộ tạo dao động tinh thể có sự phụ thuộc rất thấp vào nhiệt độ tức là chúng rất ổn định ngay cả với sự thay đổi của nhiệt độ và bộ cộng hưởng bằng sứ có phụ thuộc nhiều hơn một chút vào nhiệt độ thì Bộ tạo dao động tinh thể. Đối với Bộ dao động tinh thể thạch anh, các đặc tính đầu ra phụ thuộc vào chế độ rung và góc mà tinh thể bị cắt trong khi trong bộ cộng hưởng chủ yếu là vấn đề độ dày.
- Dung sai & Độ nhạy - Bộ dao động tinh thể có khả năng chống sốc và rung kém hơn trong khi bộ cộng hưởng bằng gốm có khả năng chịu đựng tương đối cao. Bộ tạo dao động tinh thể có dung sai ESD (Điện tĩnh) thấp trong khi bộ cộng hưởng bằng gốm có dung sai ESD cao. Bộ tạo dao động nhạy hơn bộ cộng hưởng, độ nhạy có thể được so sánh về mặt bức xạ. Thạch anh có dung sai tần số 0,001%, trong khi PZT có dung sai 0,5%.
- Sự phụ thuộc của tụ điện - Bộ cộng hưởng có thể có tụ điện bên trong hoặc đôi khi cần tụ điện bên ngoài trong khi Bộ tạo dao động cần tụ điện bên ngoài và giá trị của chúng phụ thuộc vào loại tinh thể được thiết kế để hoạt động.
- Chất liệu được sử dụng - Bộ tạo dao động tinh thể được tạo thành từ Thạch anh làm vật liệu tạo cộng hưởng áp điện trong khi bộ cộng hưởng bằng gốm được làm bằng Chì Zirconium Titanate (PZT), được gọi là vật liệu gốm áp điện có độ ổn định cao. Bộ tạo dao động tinh thể khó sản xuất trong khi bộ cộng hưởng bằng sứ dễ chế tạo.
- Ứng dụng - Bộ cộng hưởng gốm được sử dụng trong ứng dụng vi xử lý nơi độ ổn định tần số không quan trọng trong khi Bộ tạo dao động tinh thể có thể được tìm thấy trong mọi thứ, từ ti vi đến đồ chơi trẻ em có các thành phần điện. Bộ cộng hưởng tốt cho giao tiếp cổng nối tiếp tốc độ thấp trong khi bộ tạo dao động tinh thể có sẵn tần số để hỗ trợ truyền thông nối tiếp tốc độ cao. Các bộ cộng hưởng không có sẵn tần số cho giao tiếp cổng nối tiếp tốc độ cao. Về ứng dụng dựa trên đồng hồ, Bộ cộng hưởng không phù hợp lắm với Đồng hồ thời gian thực / đồng hồ bấm giờ / đồng hồ treo tường trong khi bộ tạo dao động có thể phù hợp với đồng hồ hiển thị giờ hiện hành / RTC / đồng hồ treo tường nếu được điều chỉnh bằng tụ điện có thể thay đổi được, có thể sẽ trôi vài phút mỗi năm nếu không điều chỉnh.