Wie funktioniert ein komparatorbasierter Quarzoszillator?

Oszillatoren funktionieren, weil der Ausgang mit genau der richtigen Phasenverschiebung an den Eingang zurückgeführt wird, damit die gleiche Phase wieder herauskommt.

Im Fall dieser Schaltung bedeutet dies, dass der Ausgang - ungefähr, weil der Chip eine Verzögerung hat - in Phase mit dem Eingang ist. Es ist fast so, als ob Sie sich in Ihrem Modus "Wirkt wie ein Widerstand" befinden.

Das Seltsame an dieser Schaltung ist, dass, wenn Sie den Kristall durch einen Kondensator ersetzen, er schwingt. Tatsächlich benötigen Sie die Gehäusekapazität des Kristalls, um ihn zum Schwingen zu bringen.

Es beginnt also mit einer Frequenz zu schwingen, die durch die Kristallgehäusekapazität und das RC-Netzwerk am negativen Eingang bestimmt wird – im Grunde ist es ein Relaxationsoszillator. Die Kapazität des Kristallgehäuses, die gegen das Paar 2-kOhm-Widerstände arbeitet, liefert die positive Rückkopplung, die zum Schwingen erforderlich ist.

Wenn es in diesem Modus zu oszillieren beginnt, beginnt der Kristall zu vibrieren. Anfänglich vibriert es nicht viel, aber selbst ein leichtes Signal auf dem Kristall bewirkt, dass der Relaxationsoszillator eine Komponente seines Ausgangs hat, die auf der Kristallfrequenz liegt. Der Kristall wählt dies aus und schwingt stärker, was einen stärkeren Einfluss auf die Schwingung usw. hat.

Ich habe dies in LTSpice für eine Vielzahl von Werten der 68-nF-Kappe simuliert, und selbst wenn ich wirklich dumme niedrige Werte hatte (z. B. 220 pF), würde sich das Ding schließlich immer noch auf die richtige Frequenz einpendeln. Bei diesen dummen niedrigen Werten sah ich am Ausgang eine ziemlich lange Periode chaotischen Verhaltens mit einer Schwingungsfrequenz, die viel höher war als die "Design" -Frequenz - ich vermute, dass eine solche Schaltung mit einem echten Kristall am Ende oszillieren würde bei einem der Obertöne des Kristalls und nicht bei der richtigen Frequenz.

Hier ist das Kristallmodell, das ich verwendet habe; Da ich schöne runde Zahlen für die Kapazität und Induktivität verwendet habe, hat es eine Serienresonanzfrequenz von 995 kHz anstelle von 1 MHz.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Es gibt negatives_Feedback für den bias_point.

Somit wird die Schaltung sich selbst in einen linearen_Bereich vorspannen.