ออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอตซ์

หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของออสซิลเลเตอร์คือ  ความเสถียรของความถี่หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือความสามารถในการให้เอาต์พุตความถี่คงที่ภายใต้สภาวะโหลดที่แตกต่างกัน

ออสซิลเลเตอร์คริสตัล Quatz เอาชนะปัจจัยบางประการที่ส่งผลต่อความเสถียรของความถี่ของออสซิลเลเตอร์ โดยทั่วไปได้แก่: ความแปรผันของอุณหภูมิ ความแปรผันของโหลด ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ DC เป็นต้น

ความเสถียรของความถี่ของสัญญาณเอาท์พุตสามารถปรับปรุงได้อย่างมากโดยการเลือกส่วนประกอบที่เหมาะสมที่ใช้สำหรับวงจรป้อนกลับแบบเรโซแนนซ์ รวมถึงแอมพลิฟายเออร์ด้วย แต่มีข้อจำกัดด้านความเสถียรที่สามารถรับได้จากวงจรถัง LC และ RC ปกติ

เพื่อให้ได้ความเสถียรของออสซิลเลเตอร์ในระดับที่สูงมาก  โดยทั่วไป ควอตซ์คริสตัล  จะถูกนำมาใช้เป็นอุปกรณ์กำหนดความถี่เพื่อสร้างวงจรออสซิลเลเตอร์ประเภทอื่นที่เรียกโดยทั่วไปว่า  ควอตซ์คริสตัลออสซิลเลเตอร์ (XO)

เมื่อแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายให้กับคริสตัลควอตซ์ชิ้นบางๆ ชิ้นเล็กๆ มันจะเริ่มเปลี่ยนรูปร่างทำให้เกิดลักษณะพิเศษที่เรียกว่าเอฟเฟกต์เพีย  โซอิเล็กทริก เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกนี้เป็นคุณสมบัติของคริสตัลโดยที่ประจุไฟฟ้าจะสร้างแรงทางกลโดยการเปลี่ยนรูปร่างของคริสตัล และในทางกลับกัน แรงทางกลที่จ่ายให้กับคริสตัลจะทำให้เกิดประจุไฟฟ้า

จากนั้น อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกสามารถจัดประเภทเป็นทรานสดิวเซอร์ได้ เนื่องจากอุปกรณ์แปลงพลังงานชนิดหนึ่งเป็นพลังงานของอีกชนิดหนึ่ง (ไฟฟ้าเป็นเครื่องกลหรือเครื่องกลเป็นไฟฟ้า) เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกนี้ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนทางกลหรือการสั่น ซึ่งสามารถใช้เพื่อแทนที่  วงจรแทงค์ LC มาตรฐาน  ในออสซิลเลเตอร์รุ่นก่อนหน้า

มีสารคริสตัลหลายประเภทที่สามารถใช้เป็นออสซิลเลเตอร์ได้ โดยสารที่สำคัญที่สุดสำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์คือแร่ควอตซ์ เนื่องมาจากความแข็งแรงเชิงกลส่วนหนึ่งมีมากกว่า

คริสตัลควอตซ์ที่ใช้ใน  ออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอตซ์  เป็นชิ้นเล็กมากหรือแผ่นเวเฟอร์ของควอตซ์เจียระไน โดยมีพื้นผิวสองด้านขนานกันเคลือบด้วยโลหะเพื่อสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่จำเป็น ขนาดและความหนาของคริสตัลควอตซ์ชิ้นหนึ่งได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด เนื่องจากส่งผลต่อความถี่สุดท้ายหรือความถี่พื้นฐานของการแกว่ง โดยทั่วไปความถี่พื้นฐานเรียกว่าคริสตัล “ความถี่ลักษณะเฉพาะ”

เมื่อตัดและขึ้นรูปแล้ว จะไม่สามารถใช้คริสตัลที่ความถี่อื่นได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ขนาดและรูปร่างของมันจะกำหนดความถี่การแกว่งพื้นฐานของมัน

ลักษณะเฉพาะของผลึกหรือความถี่ลักษณะเฉพาะจะแปรผกผันกับความหนาทางกายภาพระหว่างพื้นผิวโลหะทั้งสอง คริสตัลที่มีการสั่นสะเทือนทางกลไกสามารถแสดงได้ด้วยวงจรไฟฟ้าที่เทียบเท่ากัน ซึ่งประกอบด้วยความต้านทานต่ำ  Rตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่  L  และความจุ  C ขนาดเล็ก  ดังแสดงด้านล่าง

รุ่นเทียบเท่าคริสตัลควอตซ์

วงจรไฟฟ้าที่เท่ากันสำหรับคริสตัลควอตซ์จะแสดงวงจรอนุกรม  RLC  ซึ่งแสดงถึงการสั่นสะเทือนทางกลของคริสตัล ควบคู่ไปกับค่าความจุ  ไฟฟ้า Cp  ซึ่งแสดงถึงการเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับคริสตัล ออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอตซ์มีแนวโน้มที่จะทำงานตาม "การสั่นพ้องแบบอนุกรม"

อิมพีแดนซ์ที่เทียบเท่าของคริสตัลนั้นมีเรโซแนนซ์อนุกรมโดยที่  Cs  สะท้อนกับการเหนี่ยวนำ,  Ls  ที่ความถี่การทำงานของคริสตัล ความถี่นี้เรียก ว่าความถี่อนุกรมคริสตัล  ƒs เช่นเดียวกับความถี่อนุกรมนี้ มีจุดความถี่ที่สองที่สร้างขึ้นอันเป็นผลมาจากการสั่นพ้องแบบขนานที่สร้างขึ้นเมื่อ  Ls  และ  Cs  สะท้อนกับตัวเก็บประจุแบบขนาน  Cp  ดังที่แสดง

คริสตัลอิมพีแดนซ์ต่อความถี่

ความชันของอิมพีแดนซ์ของคริสตัลด้านบนแสดงให้เห็นว่าเมื่อความถี่เพิ่มขึ้นข้ามขั้วของมัน ที่ความถี่เฉพาะ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวเก็บประจุอนุกรม  Cs  และตัวเหนี่ยวนำ  Ls จะสร้างวงจรเรโซแนนซ์ อนุกรม ซึ่งจะลดอิมพีแดนซ์ของคริสตัลให้เหลือน้อยที่สุดและเท่ากับ  Rs จุดความถี่นี้เรียกว่าความถี่เรโซแนนซ์ของซีรีย์คริสตัล  ƒs  และต่ำกว่า  ƒs  คริสตัลจะเป็นแบบคาปาซิทีฟ

เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นเหนือจุดเรโซแนนซ์อนุกรมนี้ คริสตัลจะทำงานเหมือนตัวเหนี่ยวนำจนกว่าความถี่จะไปถึงความถี่เรโซแนนซ์คู่  ขนานƒp ที่จุดความถี่นี้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวเหนี่ยวนำอนุกรม,  Ls  และตัวเก็บประจุแบบขนาน  Cp  จะสร้างวงจรถัง LC ที่ปรับแบบขนาน และด้วยเหตุนี้อิมพีแดนซ์ของคริสตัลจึงถึงค่าสูงสุด

จากนั้นเราจะเห็นว่าคริสตัลควอตซ์เป็นการผสมผสานระหว่างอนุกรมและวงจรเรโซแนนซ์ที่ปรับแบบขนาน โดยจะสั่นที่ความถี่ที่แตกต่างกันสองความถี่ โดยมีความแตกต่างเพียงเล็กน้อยระหว่างทั้งสองขึ้นอยู่กับการตัดของคริสตัล นอกจากนี้ เนื่องจากคริสตัลสามารถทำงานได้ที่ความถี่อนุกรมหรือความถี่เรโซแนนซ์แบบขนาน จึงต้องปรับวงจรออสซิลเลเตอร์คริสตัลให้เป็นความถี่หนึ่งหรือความถี่อื่น เนื่องจากคุณไม่สามารถใช้ทั้งสองความถี่ร่วมกันได้

ดังนั้น ขึ้นอยู่กับลักษณะของวงจร คริสตัลควอตซ์สามารถทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ วงจรเรโซแนนซ์อนุกรม หรือเป็นวงจรเรโซแนนซ์แบบขนาน และเพื่อแสดงให้เห็นให้ชัดเจนยิ่งขึ้น เรายังสามารถพล็อตค่ารีแอกแตนซ์ของคริสตัลเทียบกับความถี่ดังที่แสดงไว้ได้

ปฏิกิริยาคริสตัลต่อความถี่

ความชันของรีแอกแตนซ์ต่อความถี่ด้านบน แสดงให้เห็นว่ารีแอกแตนซ์อนุกรมที่ความถี่  ƒs  แปรผกผันกับ  Cs  เนื่องจากคริสตัลที่ต่ำกว่า  ƒs  และสูงกว่า  ƒp  คริสตัลจะปรากฏเป็นตัวเก็บประจุ ระหว่างความถี่  ƒs  และ  ƒpคริสตัลจะปรากฏเป็นอุปนัยเมื่อความจุไฟฟ้าแบบขนานทั้งสองตัดกัน

จากนั้นสูตรสำหรับความถี่เรโซแนนซ์อนุกรมคริสตัล  ƒs  จะได้รับเป็น:

ความถี่เรโซแนนซ์แบบอนุกรม

ความถี่เรโซแนนซ์แบบขนาน  ƒp  เกิดขึ้นเมื่อรีแอกแตนซ์ของขาอนุกรม LC เท่ากับรีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุแบบขนาน  Cp  และกำหนดเป็น:

ความถี่เรโซแนนซ์แบบขนาน

ตัวอย่างออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอร์ตหมายเลข 1

ผลึกควอตซ์มีค่าต่อไปนี้:  Rs = 6.4Ω ,  Cs = 0.09972pF  และ  Ls = 2.546mH หากความจุไฟฟ้าข้ามขั้ว  Cp  จะวัดที่  28.68pFให้คำนวณความถี่การสั่นพื้นฐานของคริสตัลและความถี่เรโซแนนซ์ทุติยภูมิ

ความถี่เรโซแนนซ์ของชุดคริสตัล  ƒ S

ความถี่เรโซแนนซ์คู่ขนานของคริสตัล  ƒ P

เราจะเห็นได้ว่าความแตกต่างระหว่าง  ƒsซึ่งเป็นความถี่พื้นฐานของคริสตัลและ  ƒp  นั้นเล็กน้อยที่ประมาณ 18kHz (10.005MHz – 9.987MHz) อย่างไรก็ตาม ในช่วงความถี่นี้ Q-factor (ปัจจัยด้านคุณภาพ) ของคริสตัลจะสูงมาก เนื่องจากการเหนี่ยวนำของคริสตัลสูงกว่าค่าตัวเก็บประจุหรือค่าความต้านทานมาก Q-factor ของคริสตัลของเราที่ความถี่เรโซแนนซ์อนุกรมจะได้รับเป็น:

Crystal Oscillators ปัจจัย Q

จากนั้นปัจจัย Q ของตัวอย่างคริสตัลของเรา ซึ่งก็คือประมาณ 25,000 เป็นเพราะ   อัตราส่วนXL /R ที่ สูงนี้ Q-factor ของคริสตัลส่วนใหญ่อยู่ที่ 20,000 ถึง 200,000 เมื่อเปรียบเทียบกับวงจรถังปรับ LC ที่ดีที่เราดูไปก่อนหน้านี้ ซึ่งจะน้อยกว่า 1,000 มาก ค่าปัจจัย Q ที่สูงนี้ยังมีส่วนช่วยให้คริสตัลมีเสถียรภาพที่ความถี่มากขึ้นที่ความถี่ในการทำงาน ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างวงจรออสซิลเลเตอร์คริสตัล

ดังนั้นเราจึงเห็นว่าคริสตัลควอตซ์มีความถี่เรโซแนนซ์คล้ายกับความถี่ของแทงค์ LC ที่ปรับด้วยไฟฟ้า แต่มี   แฟคเตอร์Q สูงกว่ามาก สาเหตุหลักมาจากความต้านทานอนุกรมต่ำ  คือRs ด้วยเหตุนี้ ผลึกควอตซ์จึงเป็นตัวเลือกส่วนประกอบที่ดีเยี่ยมสำหรับใช้ในออสซิลเลเตอร์ โดยเฉพาะออสซิลเลเตอร์ความถี่สูงมาก

ออสซิลเลเตอร์คริสตัลทั่วไปสามารถอยู่ในช่วงความถี่การออสซิลเลเตอร์ได้ตั้งแต่ประมาณ 40kHz ไปจนถึงมากกว่า 100MHz ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าวงจรและอุปกรณ์ขยายเสียงที่ใช้ การเจียระไนของคริสตัลยังกำหนดลักษณะการทำงานของคริสตัลด้วย เนื่องจากคริสตัลบางตัวจะสั่นสะเทือนที่ความถี่มากกว่าหนึ่งความถี่ ทำให้เกิดการสั่นเพิ่มเติมที่เรียกว่าโอเวอร์โทน

นอกจากนี้ ถ้าคริสตัลไม่มีความหนาเท่ากันหรือขนานกัน ก็อาจมีความถี่เรโซแนนซ์ตั้งแต่ 2 ความถี่ขึ้นไปซึ่งมีความถี่พื้นฐานที่สร้างสิ่งที่เรียกว่าและฮาร์โมนิค เช่น ฮาร์โมนิกที่สองหรือสาม

โดยทั่วไป แม้ว่าความถี่การสั่นพื้นฐานของคริสตัลควอตซ์จะแรงกว่าหรือเด่นชัดกว่าความถี่ฮาร์โมนิกทุติยภูมิที่อยู่รอบๆ มาก ดังนั้นความถี่นี้จึงเป็นความถี่ที่ใช้ เราได้เห็นในกราฟด้านบนแล้วว่าวงจรเทียบเท่าคริสตัลมีองค์ประกอบปฏิกิริยาสามส่วน ตัวเก็บประจุสองตัวบวกตัวเหนี่ยวนำ ดังนั้นจึงมีความถี่เรโซแนนซ์สองความถี่ ความถี่ต่ำสุดคือความถี่เรโซแนนซ์อนุกรม และความถี่สูงสุดคือความถี่เรโซแนนซ์แบบขนาน

เราได้เห็นในบทช่วยสอนก่อนหน้านี้แล้วว่าวงจรแอมพลิฟายเออร์จะแกว่งถ้ามีลูปเกนมากกว่าหรือเท่ากับหนึ่งและค่าป้อนกลับเป็นบวก ใน  วงจร ออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอตซ์ ออสซิล  เลเตอร์จะแกว่งที่ความถี่เรโซแนนซ์คู่ขนานพื้นฐานของคริสตัล เนื่องจากคริสตัลต้องการแกว่งเสมอเมื่อมีแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระทบกับความถี่นั้น

อย่างไรก็ตาม ยังสามารถ "ปรับแต่ง" คริสตัลออสซิลเลเตอร์ให้เป็นฮาร์โมนิคคู่ใดๆ ของความถี่พื้นฐานได้ (เช่น ที่ 2, 4, 8 เป็นต้น) ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าฮาร์มอนิกออสซิลเลเตอร์ ในขณะที่ออสซิลเลเตอร์แบบโอเวอร์โทนจะสั่นที่ทวีคูณ  คี่  ของ  ความถี่  พื้นฐาน , วันที่ 3, 5, 11 เป็นต้น) โดยทั่วไป ออสซิลเลเตอร์แบบคริสตัลที่ทำงานที่ความถี่โอเวอร์โทนจะดำเนินการดังกล่าวโดยใช้ความถี่เรโซแนนซ์แบบอนุกรม

Colpitts ควอตซ์คริสตัลออสซิลเลเตอร์

โดยทั่วไป วงจรคริสตัลออสซิลเลเตอร์  ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์หรือ FET เนื่องจากแม้ว่าแอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานสามารถนำมาใช้ในวงจรออสซิลเลเตอร์ความถี่ต่ำ (≤100kHz) ต่างๆ ได้มากมาย แต่แอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานกลับไม่มีแบนด์วิธในการทำงานที่ความถี่สูงกว่าซึ่งเหมาะกับคริสตัลที่สูงกว่า 1MHz

การออกแบบ  Crystal Oscillator  นั้นคล้ายคลึงกับการออกแบบ Colpitts Oscillator ที่เราดูในบทช่วยสอนก่อนหน้านี้มาก ยกเว้นว่า  วงจรถัง LC  ที่ให้การสั่นกลับถูกแทนที่ด้วยคริสตัลควอตซ์ดังที่แสดงด้านล่าง

คอลพิตส์ คริสตัล ออสซิลเลเตอร์

Crystal Oscillatorsประเภทนี้   ได้รับการออกแบบโดยใช้แอมพลิฟายเออร์แบบตัวสะสมทั่วไป (ตัวติดตามตัวส่งสัญญาณ) เครือ  ข่ายตัวต้านทาน R 1  และ  R 2  ตั้งค่าระดับไบแอส DC บนฐานในขณะที่ตัวต้านทานตัวปล่อย  R E  ตั้งค่าระดับแรงดันเอาต์พุต ตัวต้านทาน  R 2  ถูกตั้งค่าให้ใหญ่ที่สุดเท่าที่เป็นไปได้เพื่อป้องกันการโหลดไปยังคริสตัลที่เชื่อมต่อแบบขนาน

ทรานซิสเตอร์ 2N4265 เป็นทรานซิสเตอร์ NPN วัตถุประสงค์ทั่วไปที่เชื่อมต่ออยู่ในการกำหนดค่าตัวสะสมทั่วไป และสามารถทำงานที่ความเร็วสวิตชิ่งที่เกิน 100Mhz ซึ่งสูงกว่าความถี่พื้นฐานของคริสตัลซึ่งอาจอยู่ระหว่างประมาณ 1MHz ถึง 5MHz

แผนภาพวงจรด้านบนของ  วงจร Colpitts Crystal Oscillator  แสดงให้เห็นว่าตัวเก็บประจุ  C1  และ  C2  สับเปลี่ยนเอาท์พุตของทรานซิสเตอร์ ซึ่งจะลดสัญญาณป้อนกลับ ดังนั้น อัตราขยายของทรานซิสเตอร์จะจำกัดค่าสูงสุดของ  C1  และ  C2 ควรรักษาแอมพลิจูดเอาต์พุตให้ต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงการกระจายพลังงานมากเกินไปในคริสตัล มิฉะนั้นอาจทำลายตัวเองด้วยการสั่นสะเทือนที่มากเกินไป

เพียร์ซ ออสซิลเลเตอร์

การออกแบบทั่วไปอีกประการหนึ่งของออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอตซ์ก็คือ  Pierce Oscillator ออสซิลเลเตอร์แบบ Pierce ได้รับการออกแบบคล้ายกันมากกับออสซิลเลเตอร์ Colpitts รุ่นก่อนหน้า และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานวงจรคริสตัลออสซิลเลเตอร์โดยใช้คริสตัลเป็นส่วนหนึ่งของวงจรป้อนกลับ

ออสซิลเลเตอร์แบบเพียร์ซนั้นเป็นวงจรปรับเรโซแนนซ์แบบอนุกรมเป็นหลัก (ต่างจากวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานของออสซิลเลเตอร์ Colpitts) ซึ่งใช้ JFET สำหรับอุปกรณ์ขยายสัญญาณหลัก เนื่องจาก FET ให้อิมพีแดนซ์อินพุตที่สูงมากโดยมีคริสตัลเชื่อมต่อระหว่างเดรนและเกตผ่านตัวเก็บประจุ  C1  เป็น แสดงด้านล่าง.

เพียร์ซ คริสตัล ออสซิลเลเตอร์

ในวงจรอย่างง่ายนี้ คริสตัลจะกำหนดความถี่ของการสั่นและทำงานที่ความถี่เรโซแนนซ์แบบอนุกรม โดย  ให้  เส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำระหว่างเอาต์พุตและอินพุต เสียงสะท้อน มีการเปลี่ยนเฟส 180 o  ส่งผลให้เสียงตอบรับเป็นบวก แอมพลิจูดของคลื่นไซน์เอาท์พุตถูกจำกัดไว้ที่ช่วงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ขั้วต่อเดรน

ตัวต้านทาน  R1  จะควบคุมปริมาณการป้อนกลับและคริสตัลไดรฟ์ ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมโช้คความถี่วิทยุ  RFC  จะกลับด้านในระหว่างแต่ละรอบ นาฬิกา นาฬิกาข้อมือ และตัวจับเวลาแบบดิจิทัลส่วนใหญ่ใช้ Pierce Oscillator ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งหรือรูปแบบอื่น เนื่องจากสามารถใช้งานได้โดยใช้ส่วนประกอบขั้นต่ำ

นอกจากการใช้ทรานซิสเตอร์และ FET แล้ว เรายังสามารถสร้างออสซิลเลเตอร์คริสตัลเรโซแนนซ์แบบขนานพื้นฐานง่ายๆ ที่คล้ายกันในการทำงานกับออสซิลเลเตอร์ Pierce โดยใช้อินเวอร์เตอร์ CMOS เป็นองค์ประกอบเกน ออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอตซ์พื้นฐานประกอบด้วยลอจิกเกตทริกเกอร์ Schmitt แบบกลับหัวเดียว เช่น TTL 74HC19 หรือประเภท CMOS 40106, 4049 คริสตัลอินดัคทีฟหนึ่งตัว และตัวเก็บประจุสองตัว ตัวเก็บประจุสองตัวนี้กำหนดค่าของความจุโหลดคริสตัล ตัวต้านทานแบบอนุกรมช่วยจำกัดกระแสของไดรฟ์ในคริสตัล และยังแยกเอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์ออกจากอิมพีแดนซ์เชิงซ้อนที่เกิดจากเครือข่ายตัวเก็บประจุ-คริสตัล

CMOS คริสตัลออสซิลเลเตอร์

คริสตัลจะสั่นที่ความถี่เรโซแนนซ์อนุกรม อินเวอร์เตอร์ CMOS เริ่ม แรกจะเอนเอียงไปที่กึ่งกลางของพื้นที่การทำงานโดยตัวต้านทานป้อนกลับ  R1 เพื่อให้แน่ใจว่าจุด Q ของอินเวอร์เตอร์อยู่ในบริเวณที่มีอัตราขยายสูง ในที่นี้จะใช้ตัวต้านทานค่า 1MΩ แต่ค่าของตัวต้านทานนั้นไม่สำคัญตราบเท่าที่มากกว่า 1MΩ อินเวอร์เตอร์เพิ่มเติมใช้เพื่อบัฟเฟอร์เอาต์พุตจากออสซิลเลเตอร์ไปยังโหลดที่เชื่อมต่อ

อินเวอร์เตอร์มีการเปลี่ยนเฟส 180 o  และเครือข่ายตัวเก็บประจุแบบคริสตัลเพิ่มอีก 180 o  ที่จำเป็นสำหรับการสั่น ข้อดีของคริสตัลออสซิลเลเตอร์แบบ CMOS ก็คือ มันจะปรับตัวเองใหม่โดยอัตโนมัติเสมอเพื่อรักษาการเปลี่ยนเฟส 360 o  สำหรับการออสซิลเลเตอร์

แตกต่างจากคริสตัลออสซิลเลเตอร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์รุ่นก่อนๆ ซึ่งสร้างรูปคลื่นเอาท์พุตไซน์ซอยด์ เนื่องจากออสซิลเลเตอร์อินเวอร์เตอร์ CMOS ใช้ลอจิกเกตดิจิทัล เอาท์พุตจะเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมที่สั่นระหว่างสูงและต่ำ โดยปกติแล้ว ความถี่ในการทำงานสูงสุดจะขึ้นอยู่กับลักษณะการสลับของลอจิกเกตที่ใช้

นาฬิกาไมโครโปรเซสเซอร์คริสตัลควอตซ์

เราไม่สามารถเสร็จสิ้น  การฝึกสอน Quartz Crystal Oscillators  โดยไม่กล่าวถึงนาฬิกาคริสตัลของไมโครโปรเซสเซอร์ได้ โดยทั่วไปแล้ว ไมโครโปรเซสเซอร์, ไมโครคอนโทรลเลอร์, PIC และ CPU แทบทั้งหมดจะทำงานโดยใช้  ควอตซ์คริสตัลออสซิลเลเตอร์  เป็นอุปกรณ์กำหนดความถี่เพื่อสร้างรูปคลื่นสัญญาณนาฬิกา เนื่องจากดังที่เราทราบกันดีอยู่แล้วว่าคริสตัลออสซิลเลเตอร์ให้ความแม่นยำและความเสถียรของความถี่สูงสุดเมื่อเทียบกับตัวต้านทาน-คาปาซิเตอร์ ( RC) หรือออสซิลเลเตอร์ตัวเหนี่ยวนำ (LC)

นาฬิกา CPU กำหนดความเร็วที่โปรเซสเซอร์สามารถทำงานและประมวลผลข้อมูลด้วยไมโครโปรเซสเซอร์, PIC หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีความเร็วสัญญาณนาฬิกา 1MHz หมายความว่าสามารถประมวลผลข้อมูลภายในหนึ่งล้านครั้งต่อวินาทีในทุกรอบสัญญาณนาฬิกา โดยทั่วไปสิ่งที่จำเป็นในการสร้างรูปคลื่นสัญญาณนาฬิกาของไมโครโปรเซสเซอร์คือคริสตัลและตัวเก็บประจุเซรามิกสองตัวที่มีค่าอยู่ระหว่าง 15 ถึง 33pF ดังที่แสดงด้านล่าง

ออสซิลเลเตอร์ไมโครโปรเซสเซอร์

ไมโครโปรเซสเซอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ และ PIC ส่วนใหญ่มีพินออสซิลเลเตอร์สองตัวที่มีป้ายกำกับ  OSC1  และ  OSC2  เพื่อเชื่อมต่อกับวงจรคริสตัลควอตซ์ภายนอก เครือข่าย  RC  ออสซิลเลเตอร์มาตรฐาน หรือแม้แต่ตัวสะท้อนเสียงแบบเซรามิก ในการใช้งานไมโครโปรเซสเซอร์ประเภทนี้  Quartz Crystal Oscillator  จะสร้างขบวนของพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยมต่อเนื่องซึ่งความถี่พื้นฐานจะถูกควบคุมโดยคริสตัลเอง ความถี่พื้นฐานนี้ควบคุมการไหลของคำสั่งที่ควบคุมอุปกรณ์โปรเซสเซอร์ ตัวอย่างเช่น นาฬิกาหลัก และเวลาของระบบ

ตัวอย่างออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอร์ตหมายเลข 2

ผลึกควอตซ์มีค่าต่อไปนี้หลังจากถูกตัด  Rs = 1kΩ ,  Cs = 0.05pF ,  Ls = 3H  และ  Cp = 10pF คำนวณอนุกรมคริสตัลและความถี่การสั่นแบบขนาน

ความถี่การสั่นแบบอนุกรมจะได้รับดังนี้:

ความถี่การสั่นแบบขนานถูกกำหนดเป็น:

จากนั้นความถี่ของการสั่นของคริสตัลจะอยู่  ระหว่าง411kHz  ถึง  412kHz