Generatory kwarcowe

Generatory kwarcowe można znaleźć w prawie każdym układzie elektronicznym, bazującym na mikrokontrolerze, są też stosowane w komputerach i urządzeniach mobilnych, a nawet… zegarach elektronicznych. Ogromną zaletą generatorów sygnału taktującego opartych na rezonatorach kwarcowych jest niski koszt i wysoka dokładność oraz stabilność częstotliwości. W zależności od potrzeb, można stosować zarówno proste rezonatory (współpracujące z obwodami taktowania układów cyfrowych), jak i gotowe generatory – czym różnią się te rozwiązania i jakie są ich zalety?

Odmiany generatorów kwarcowych

Najprostszą formą generatora sygnału taktującego jest układ oparty na (zwykle dwukońcówkowym) rezonatorze kwarcowym, podłączonym do inwertera (negatora) cyfrowego. Aby umożliwić powstanie samorzutnych oscylacji o ściśle określonej częstotliwości, konieczne jest niejako „podparcie” go za pomocą dwóch kondensatorów o niewielkiej wartości (najczęściej rzędu od kilkunastu do 27pF). Na niemal identycznej zasadzie działają generatory kwarcowe w układach mikroprocesorowych – tam wspomniany negator jest wbudowany w strukturę procesora, dlatego najczęściej do poprawnej pracy wystarczy zastosować tylko rezonator wraz z kondensatorami (czasem można spotkać także dodatkowy rezystor).

Rezonator kwarcowy w połączeniu z prostym układem elektronicznym tworzy już gotowy układ, który można zastosować w dowolnym urządzeniu, wymagającym taktowania na poziomie od kilku do około stu megaherców. Generatory kwarcowe są wykonywane w postaci miniaturowych modułów, zamkniętych w metalowych, hermetycznych puszkach z wyprowadzonymi końcówkami lutowniczymi (THT). Ich zaletą jest łatwość użycia – samodzielnie budowane mogłyby czasem sprawiać problemy przy uruchomieniu, natomiast stosując kompletny generator mamy pewność, że układ będzie poprawnie generował zadaną częstotliwość.

Inne rodzaje generatorów kwarcowych

Warto wiedzieć, że w profesjonalnych zastosowaniach – np. aparaturze laboratoryjnej czy aplikacjach lotniczych, wojskowych oraz kosmicznych – klasyczne generatory kwarcowe nie zapewnią wymaganej stabilności częstotliwości wyjściowej, zwłaszcza przy dużych zmianach temperatury otoczenia. W takich sytuacjach sięgamy po tzw. TCXO oraz OCXO. Te pierwsze komponenty to nic innego, jak generatory kwarcowe stabilizowane termicznie – ich konstrukcja sprawia, że zmiany temperatury zewnętrznej jedynie w niewielkim stopniu wpływają na częstotliwość. Najbardziej wymagające systemy korzystają natomiast z OCXO – generatorów, wyposażonych we… wbudowany termostat z miniaturową grzałką, która stabilizuje temperaturę wewnątrz puszki generatora i zapewnia niebywale wysoką stabilność częstotliwości sygnału wyjściowego, niezależnie od warunków otoczenia.