Die Taktquellen in der modernen Elektronik scheinen ausnahmslos aus Quarz- und MEMS-Oszillatoren zu stammen, die beide mechanisch Schwingungen erzeugen. Die Amplitude und Frequenz der Schwingung sind Größenordnungen, die sich von den alltäglichen mechanischen Schwingungen unterscheiden, die ich beispielsweise bei Musikinstrumenten beobachte. Trotzdem ist es für mich überraschend, dass wir keine Taktquellen direkt im elektromagnetischen Bereich erhalten, etwa mit kapazitiven oder induktiven Elementen.
Ich weiß, dass Induktivitäten ohne parasitäre Verluste besonders schwer herzustellen sind. Aber ich würde auch erwarten, dass mechanische Oszillatoren nicht ideal sind.
Sie könnten die Ausbreitungsverzögerung von Elektrizität nutzen, aber dann wäre es schwierig, einen kleinen Oszillator herzustellen, der bei langsamen Frequenzen arbeitet.
Stimmt es wirklich, dass wir mikroskopisch schwingende Geräte idealer herstellen können als elektrisch schwingende Komponenten?
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Antworten:
Weil die mechanischen Geräte viel stabiler sind als ihre elektrischen Gegenstücke. Vergleichen wir einen Quarzoszillator mit einem LC-Oszillator:
Kristall:
LC oder RC:
Spannungsempfindlich - Die Schwellenspannung und die Ladespannung im Rückführkreis sind normalerweise spannungsabhängig.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass elektrische Oszillatoren niemals verwendet werden, sondern nur, dass sie nicht dort eingesetzt werden, wo große Präzision erforderlich ist. Sie haben jedoch einige Vorteile gegenüber Quarzoszillatoren:
Sie können problemlos in einen anderen IC integriert werden. Viele Mikrocontroller verfügen mittlerweile über einen integrierten Oszillator
Nichtmechanische Oszillatoren werden in vielen Geräten verwendet, nur nicht dort, wo ein genaues Timing erforderlich ist.
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Es ist nicht wirklich so, ob Induktivitäten und Kondensatoren präziser hergestellt werden können als ein mechanischer Oszillator. Es ist wichtig, ob diese Komponenten über Spannungs- / Temperaturbereiche stabil arbeiten können. Wenn Sie nicht alle Schaltkreise mit einer Bandlückenspannungsreferenz, einem Thermometer und einem Heizkreis ausstatten möchten, um die Spannung / Temperatur konstant zu halten, können Sie Induktivitäten und Kondensatoren nicht überall so stabil betreiben, wie dies bei einem Kristall der Fall ist .
Um einen Kristall während der Herstellung auf die richtige Frequenz abzustimmen, gehe ich davon aus, dass er nur poliert werden kann, bis er die richtige Größe hat. Sie können auch Kappen und Induktoren so genau herstellen, wie Sie es benötigen. Das Problem ist, dass es einfach nicht dort bleibt.
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