पियर्स ऑसिलेटर

सरल पियर्स थरथरानवाला

पियर्स ऑसिलेटर एक प्रकार का इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला है जो विशेष रूप से पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल थरथरानवाला सर्किट में उपयोग के लिए उपयुक्त है। इसके आविष्कारक जी. डब्ल्यू. पियर्स | जॉर्ज डब्ल्यू. पियर्स (1872-1956) के नाम पर, पियर्स ऑसिलेटर कोलपिट्स ऑसिलेटर का व्युत्पन्न है। वस्तुतः सभी डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स क्लॉक ऑसिलेटर पियर्स प्रकार के होते हैं, क्योंकि सर्किट को न्यूनतम घटकों का उपयोग करके कार्यान्वित किया जा सकता है: एक सिंगल इन्वर्टर (लॉजिक गेट), एक रेसिस्टर, दो कैपेसिटर और क्वार्ट्ज क्रिस्टल, जो एक उच्च चयनात्मक फिल्टर तत्व के रूप में कार्य करता है। . इस सर्किट की कम निर्माण लागत और क्वार्ट्ज क्रिस्टल की उत्कृष्ट आवृत्ति स्थिरता इसे कई उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों में अन्य डिज़ाइनों पर लाभ देती है।

ऑपरेशन

यदि सर्किट में पूर्ण दोषरहित घटक होते हैं, तो C1 और C2 पर संकेत प्रत्येक के प्रतिबाधा के समानुपाती होंगे, और C1 और C2 पर सिग्नल वोल्टेज का अनुपात C2/C1 होगा। C1 और C2 समान आकार (एक सामान्य कॉन्फ़िगरेशन) के साथ, C1 से C2 में करंट बिल्कुल बराबर होगा, लेकिन चरण से बाहर, एम्पलीफायर से कोई करंट या एम्पलीफायर से वोल्टेज लाभ की आवश्यकता नहीं है, और एक उच्च आउटपुट प्रतिबाधा एम्पलीफायर की अनुमति देता है, या एम्पलीफायर आउटपुट में एक अलग श्रृंखला प्रतिरोध का उपयोग। सामान्य क्रिस्टल इसे एक उचित सन्निकटन बनाने के लिए दोषरहित होते हैं: एम्पलीफायर गुंजयमान सर्किट को नहीं चलाता है, लेकिन केवल इसके साथ सिंक में रहता है, नुकसान से मेल खाने के लिए पर्याप्त शक्ति प्रदान करता है।

एम्पलीफायर आउटपुट में कभी-कभी एक श्रृंखला रोकनेवाला दिखाया जाता है। जब उपयोग किया जाता है, तो एक श्रृंखला प्रतिरोधी लूप लाभ को कम कर देता है, और कुल लूप लाभ को एकता में बहाल करने के लिए एम्पलीफायर लाभ बढ़ाया जाना चाहिए। प्रवर्धक परिपथ में इस तरह के अवरोधक का उपयोग स्टार्टअप पर चरण बदलाव को बढ़ाने के लिए है, या जब क्रिस्टल सर्किट को लोड करके चरण से बाहर निकाला जाता है, और प्रवर्धक गैर-रैखिकता और क्रिस्टल ओवरटोन या नकली मोड के प्रभावों को समाप्त करने के लिए। यह पियर्स टोपोलॉजी के मूल संचालन का हिस्सा नहीं है।

बायसिंग रोकनेवाला

आर₁ एक प्रतिक्रिया अवरोधक के रूप में कार्य करता है, इन्वर्टर को उसके संचालन के रैखिक क्षेत्र में बायस करता है और प्रभावी रूप से इसे एक उच्च-लाभ इन्वर्टिंग एम्पलीफायर के रूप में कार्य करने का कारण बनता है। इसे बेहतर ढंग से समझने के लिए, मान लें कि इन्वर्टर आदर्श है, अनंत इनपुट प्रतिबाधा और शून्य आउटपुट प्रतिबाधा के साथ। प्रतिरोधी इनपुट और आउटपुट वोल्टेज बराबर होने के लिए मजबूर करता है। इसलिए इन्वर्टर न तो पूरी तरह से चालू होगा और न ही पूरी तरह से बंद होगा, बल्कि संक्रमण क्षेत्र में काम करेगा, जहां इसका लाभ होगा।

गुंजयमान यंत्र

अत्यधिक कम लागत वाले अनुप्रयोग कभी-कभी पीजोइलेक्ट्रिक क्वार्ट्ज क्रिस्टल गुंजयमान यंत्र के बजाय पीजोइलेक्ट्रिक लीड जिरकोनेट टाइटेनेट क्रिस्टल सिरेमिक गुंजयमान यंत्र का उपयोग करते हैं।

सी के साथ संयोजन में क्रिस्टल₁ और सी₂ एक पीआई नेटवर्क बंदपास छननी बनाता है, जो क्रिस्टल के लगभग गुंजयमान आवृत्ति पर आउटपुट से इनपुट तक 180 डिग्री चरण में बदलाव और वोल्टेज लाभ प्रदान करता है। इस संक्रिया को समझने के लिए, ध्यान दें कि दोलन की आवृत्ति पर, क्रिस्टल आगमनात्मक प्रतीत होता है। इस प्रकार, क्रिस्टल को एक बड़ा, उच्च-क्यू प्रारंभ करनेवाला माना जा सकता है। पाई नेटवर्क से 180° फेज शिफ्ट (यानी इन्वर्टिंग गेन) का संयोजन, और इन्वर्टर से नकारात्मक लाभ, सकारात्मक लूप गेन (सकारात्मक प्रतिक्रिया) में परिणत होता है, जिससे पूर्वाग्रह बिंदु R द्वारा निर्धारित होता है।₁ अस्थिर और दोलन के लिए अग्रणी।

हाल ही में, सतह माइक्रोमशीनिंग द्वारा निर्मित एमईएमएस (माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल-सिस्टम) गुंजयमान यंत्रों ने अल्ट्रा-लो पावर स्टेबल पियर्स ऑसिलेटर्स को सक्षम किया है। एमईएमएस गुंजयमान यंत्रों के छोटे रूप कारक ने अच्छी स्थिरता बनाए रखते हुए ऑसिलेटर की बिजली की खपत को बहुत कम कर दिया, उनके बहुत उच्च क्यू के लिए धन्यवाद।

अलगाव रोकनेवाला

बायसिंग रेसिस्टर के अलावा आर₁, रुआन लूरेन्स एक श्रृंखला प्रतिरोधी आर की दृढ़ता से अनुशंसा करते हैं_s इन्वर्टर और क्रिस्टल के आउटपुट के बीच। श्रृंखला प्रतिरोधी आर_s ओवरटोन दोलन की संभावना को कम करता है और स्टार्ट-अप समय में सुधार कर सकता है। यह दूसरा प्रतिरोधक आर_s इन्वर्टर को क्रिस्टल नेटवर्क से अलग करता है। यह सी में अतिरिक्त चरण बदलाव भी जोड़ देगा₁. 4 मेगाहर्ट्ज से ऊपर के पियर्स ऑसिलेटर्स को R के लिए प्रतिरोधक के बजाय एक छोटे संधारित्र का उपयोग करना चाहिए_s.यह पक्षपाती रोकनेवाला आमतौर पर परजीवी को कम करने के लिए अपने रैखिक क्षेत्र में एक MOSFET पक्षपाती द्वारा कार्यान्वित किया जाता है।

भार समाई

बाकी सर्किट में देखने पर क्रिस्टल से दिखाई देने वाली कुल धारिता को लोड कैपेसिटेंस कहा जाता है। जब कोई निर्माता एक समानांतर क्रिस्टल बनाता है, तो एक तकनीशियन एक विशेष निश्चित लोड कैपेसिटेंस (अक्सर 18 या 20 pF) के साथ एक पियर्स ऑसिलेटर का उपयोग करता है, जबकि क्रिस्टल को उसके पैकेज पर लिखी आवृत्ति पर दोलन करने के लिए ट्रिम करता है।

सही आवृत्ति पर संचालन सुनिश्चित करने के लिए, किसी को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि सर्किट में समाई क्रिस्टल की डेटा शीट पर निर्दिष्ट इस मान से मेल खाती है। लोड कैपेसिटेंस सी_L श्रृंखला और समांतर सर्किट # सी के कैपेसिटर से गणना की जा सकती है₁ और सी₂, सी को ध्यान में रखते हुए_i और सी_o, इन्वर्टर का इनपुट और आउटपुट कैपेसिटेंस, और सी_s, ऑसिलेटर, पीसीबी लेआउट, और क्रिस्टल केस (आमतौर पर 3–9 pF) से आवारा समाई:

$C_{\text{L}}={\frac {(C_{1}+C_{\text{i}})(C_{2}+C_{\text{o}})}{C_{1}+C_{\text{i}}+C_{2}+C_{\text{o}}}}+C_{\text{s}}.$

जब कोई निर्माता श्रृंखला क्रिस्टल बनाता है, तो तकनीशियन एक अलग ट्यूनिंग प्रक्रिया का उपयोग करता है। जब पियर्स ऑसिलेटर में एक श्रृंखला क्रिस्टल का उपयोग किया जाता है, तो पियर्स ऑसिलेटर (हमेशा की तरह) क्रिस्टल को लगभग समानांतर अनुनाद आवृत्ति पर चलाता है। लेकिन वह आवृत्ति एक श्रृंखला क्रिस्टल के पैकेज पर मुद्रित श्रृंखला गुंजयमान आवृत्ति से कुछ किलोहर्ट्ज़ अधिक है। लोड कैपेसिटेंस को बढ़ाने से पियर्स ऑसिलेटर द्वारा उत्पन्न आवृत्ति थोड़ी कम हो जाती है, लेकिन श्रृंखला गुंजयमान आवृत्ति तक इसे कम करने के लिए कभी भी पर्याप्त नहीं होता है।

अग्रिम पठन

• Matthys, Robert J. (1992). Crystal Oscillator Circuits (revised ed.). Malabar, Florida: Krieger Publishing. ISBN 0-89464-552-8.

बाहरी संबंध

• Crystal Theory (PDF), Technical Notes, Somerset UK: EuroQuartz, n.d., archived from the original (PDF) on 2016-06-24, retrieved 8 February 2015