Kristallostsillaator: erinevus redaktsioonide vahel

Eemaldatud sisu Lisatud sisu
PResümee puudub
Artikkel käsitles põhiosas kvartskristallil põhinevat resonaatorit (mis on elektroonikakomponent, s.t elektroonikalülituse element), mitte aga niivõrd ostsillaatorit (mis on elektroonikalülitus, nii nagu näiteks võimendi või alaldi) ‒ ~~~~
1. rida:
'''Kristallostsillaator''' on [[ostsillaator]], mille võnkesagedust määravaks elemendiks on kvarts[[resonaator]] või keraamiline resonaator. Niisuguse ostsillaatori signaali kasutatakse stabiilse [[taktsagedus]]ena [[mikroprotsessor]]ites ja muudes digitaalelektroonika seadmetes (sealhulgas arvutites ja kvartskellades) ning raadiosignaali [[kandesagedus]]e stabiliseerimiseks raadioseadmetes.
{{keeletoimeta}}
[[File:Quartz resonators-01.jpeg|thumb|Kristallostsillaatoreis kasutatavad kvartsresonaatorid]]
[[Pilt:Crystal_oscillator_4MHz.jpg|thumb|4MHz kvarts kristall hermeetiliselt suletud ümbrises, kasutatakse resonaatorina(võnkujana) kristall-ostsillaatorites]]
==Kvartsresonaator==
'''Kristall-ostsillaator''' on elektrooniline [[ostsillaator]], mis kasutab [[piesoelektrilisus|piesoelektrilise]] kristalli mehhaanilist kaasvõnkumise(resonants) võimet, et tekitada väga täpse sagedusega elektrilist signaali. Sedasorti signaali kasutatakse peamiselt stabiilse [[taktsagedus]]e tekitamiseks digitaalsetes [[vooluring]]ides(seal hulgas kvarts kellades ja arvutites aja hoidmiseks) ning sageduse ühtlustamiseks raadiosaatjates ja -vastuvõtjates. Kõige tihedamalt kasutuspinda leidev pieoselektriline materjal on [[kvarts]] kristall, teiste kristallide osakaal on väga väike, seetõttu mõeldakse „kristall-ostillaatori“ all tavaliselt kvartsi sisaldavat vooluringi.
Kvartsresonaator on [[Kvarts|kvartskristallist]] kindla nurga all väljalõigatud õhuke ümmargune või ristkülikukujuline plaat, mis on kinnitatud hoidikusse kahe metallplaadi vahele. Kvartsi puhul kasutatakse ära [[Piesoefekt|piesoelektrilist pöördefekti]]: plaadile rakenduva vahelduva [[Elektriväli|elektrivälja]] mõjul tekivad mehaanilised võnkumised. Niisiis moodustab kvartsplaat elektromehaanilise võnkesüsteemi. Iga plaadi [[Resonants|resonantsisagedus]] on määratud tema mõõtmete ja lõike orientatsiooniga. Valmistatakse kvartsresonaatoreid resonantsisagedusega mõnest kilohertsist sadade megahertsideni. Ligikaudu 1 MHz sagedusega kvartsresonaatorid on kõige stabiilsemad.
 
Kvartsi oluliseks eeliseks on resonantsisageduse väike sõltuvus temperatuurist. Aja möödudes kristalli sagedus siiski veidi muutub; seda omadust nimetatakse vananemiseks. Põhjuseks võib olla näiteks see, et elektroodidest difundeeruvad aatomid kristallivõresse, seda moonutades, ka võid elektroodide surve kristallile nõrgeneda.
Kvarts kristalle toodetakse põhiliselt [[sagedus]]te jaoks vahemikus paarikümnest kilohertzist kuni mõnekümne megahertzini on loodud ka üle 1 gigahertzise võnkesagedusega kristalle, aga ainult eksperimendi käigus. Aastas toodetakse üle 2 miljardi (2×109) kristall-ostsillaatori, suurem osa nendest kasutatakse laitarbe seadmetes nagu kellad, raadiod, arvutid, mobiiltelefonid. Kvarts kristalle leidub ka testimis ja mõõdistusseadmetes, näiteks [[signaaligeneraator]]id ja [[ostsilloskoop|ostsilloskoobid]].
[[Pilt:Crystal oscillator.svg| thumb|200px|Piesoelektrilise kristalli elektriline tingmärk (ülal) ja aseskeem]]
 
===Resonaatori elektriline aseskeem===
==Ajalugu==
Kvartsresonaatori elektrilise aseskeem koosneb järgmistest elementidest:
[[Pilt:Xtal-collection.jpg|thumb|right|Mõned vanemad kristallid]]
*''C''<sub>0</sub> ‒ staatiline [[mahtuvus]] metallelektroodide vahel, enamasti mõni [[piko-|piko]][[farad]];
Piesoelektrilised omadused teatud materjalide puhul avastati 1880. aastal Jacques ja Pierre Curie poolt. Esimese maailmasõja ajal uurisid Paul Langevin ja Constantin Chilowski kvartsi kaasvõnkumise omadusi allveelaevu tuvastava sonari väljatöötlemiseks. 1917. aastal ehitas Alexander M. Nicholson kes töötas Belli Laboratooriumites esimene kristalli sisaldava ostsillaatori, milles oli kasutusel Rochelle'i soola kristall.<ref name="Nicholson">{{cite web|last=Nicholson|first=Alexander M.|title=Generating and transmitting electric currents|work=US Patent No. 2212845|publisher=[http://www.uspto.gov/patft/ Online patent database, US Patent and Trademark Office]|url=http://patimg1.uspto.gov/.piw?Docid=02212845&homeurl=http%3A%2F%2Fpatft.uspto.gov%2Fnetacgi%2Fnph-Parser%3FSect1%3DPTO2%2526Sect2%3DHITOFF%2526p%3D1%2526u%3D%25252Fnetahtml%25252FPTO%25252Fsearch-bool.html%2526r%3D1%2526f%3DG%2526l%3D50%2526co1%3DAND%2526d%3DPALL%2526s1%3D2212845.PN.%2526OS%3DPN%2F2212845%2526RS%3DPN%2F2212845&PageNum=&Rtype=&SectionNum=&idkey=NONE&Input=View+first+page}}, filed April 10, 1918, granted August 27, 1940</ref> Neli aastat hiljem valmis Walter Guyton Cady poolt, esimene kvarst kristalli ostsillaator<ref name="Marrison1948">{{cite journal|last=Marrison|first=Warren|title=The Evolution of the Quartz Crystal Clock|year=1948|journal=Bell System Technical Journal|publisher=AT&T|volume=27|pages=510–588|url=http://www.ieee-uffc.org/main/history.asp?file=marrison}}</ref>.
*''C''<sub>1</sub> ‒ dünaamiline mahtuvus [[võnkering]]i jadavõnkesagedusel; sõltub kristalli elektroodide suurusest ja mõõdetakse [[femto-|femto]][[farad|faradites]];
*''L''<sub>1</sub> ‒ dünaamiline [[induktiivsus]] jadavõnkesagedusel;
''R''<sub>1</sub> ‒ [[takistus]] jadavõnkesagedusel.
 
Resonaator on samaväärne jada[[võnkering]]iga ''C''<sub>1</sub>''L''<sub>1</sub>''R''<sub>1</sub>, millega on rööbiti elektroodide mahtuvus ''C''<sub>0</sub>. Kuna suhe ''L''<sub>1</sub>/''C''<sub>1</sub> on suur ja kaotakistus ''R''<sub>1</sub> väike, on kvartsgeneraatori [[hüvetegur]] väga suur, ulatudes sadade tuhandeteni.
1920ndatel ja 1930ndatel arendati kvarts kristalli ostsillaatoreid kõrge stabiilsusega sageduste osutamiseks. Aastal 1926 hakati kvarts kristalle kasutama raadiolevi jaamades sageduste kontrollimiseks, need muutusid ka väga populaarseks amatöör raadio operaatorite hulgas. 1928. a. töötas Warren Marrison(Delli Laboratooriumid) välja esimese kvarts kella. See leiutis asendas spindelregulaatori ja pendli kui ajaetalonina, sellest ajast toetuti aja arvestamisel naturaalsesele vibratsioonile kvartsi kristallis, mis parandas täpsust 1 sekundi peale 30 aasta jooksul(~33ms/aastas).
 
===Kvartsresonaatori ajaloost===
Kolmekümnendatel hakkas kvarts kristallide tööstus hoogu koguma, oma jagu oli ettevõtteid, kes tootsid kristalle elektrooniliste seadmete jaoks. Kasutades praeguses mõistes väga primitiivseid meetodeid toodeti Ameerika Ühendriikides 1939. aastal umbes 100,000 kristalli. Teise maailmasõja ajal kasvas vajadus täpsete ja püsivate sagedustega sõjaväe raadioseadmete jaoks, mis omakorda ergutas kristalli tootmist.
Piesoelektrilised omadused teatud materjalide puhul avastas 1880. aastal Jacques ja Pierre Curie. Esimese maailmasõja ajal uurisid Paul Langevin ja Constantin Chilowski kvartsi võnkeomadusi allveelaevu tuvastava sonari väljatöötlemiseks. 1917. aastal ehitas Alexander M. Nicholson, kes töötas Belli Laboratooriumites esimese kristalli sisaldava ostsillaatori, milles oli kasutusel Rochelle'i soola kristall.<ref name="Nicholson">{{cite web|last=Nicholson|first=Alexander M.|title=Generating and transmitting electric currents|work=US Patent No. 2212845|publisher=[http://www.uspto.gov/patft/ Online patent database, US Patent and Trademark Office]|url=http://patimg1.uspto.gov/.piw?Docid=02212845&homeurl=http%3A%2F%2Fpatft.uspto.gov%2Fnetacgi%2Fnph-Parser%3FSect1%3DPTO2%2526Sect2%3DHITOFF%2526p%3D1%2526u%3D%25252Fnetahtml%25252FPTO%25252Fsearch-bool.html%2526r%3D1%2526f%3DG%2526l%3D50%2526co1%3DAND%2526d%3DPALL%2526s1%3D2212845.PN.%2526OS%3DPN%2F2212845%2526RS%3DPN%2F2212845&PageNum=&Rtype=&SectionNum=&idkey=NONE&Input=View+first+page}}, filed April 10, 1918, granted August 27, 1940</ref> Neli aastat hiljem valmistas Walter Guyton Cady, esimese kvartskristallostsillaatori<ref name="Marrison1948">{{cite journal|last=Marrison|first=Warren|title=The Evolution of the Quartz Crystal Clock|year=1948|journal=Bell System Technical Journal|publisher=AT&T|volume=27|pages=510–588|url=http://www.ieee-uffc.org/main/history.asp?file=marrison}}</ref>.
 
Aastal 1926 hakati kvartskristalle kasutama raadiosaatjais, need muutusid väga populaarseks ka raadioamatööride hulgas. 1928. a. töötas Warren Marrison välja esimese kvartskella. Sellest ajast hakati aja arvestamisel toetuma kvartskristalli naturaalsele vibratsioonile, mis parandas täpsust 1 sekundini 30 aasta jooksul (viga 33 millisekundit aastas).
1969. aastal tõi Jaapani kellatootja Seiko turule esimese kvarts käekella, mis ei osutunud väga populaarseks oma kalli hinna(sellel ajal oli võrde ühe Jaapani autoga) ja tehniliste probleemide tõttu. Pärast 100 eksemplari müüki võeti kell küll tootmisest maha, kuid sellegi poolest märkis kvarts käekell uue ajastu algust kristall-ostillaatorite tootmises. [[Elektri- ja Elektroonikainseneride Instituut|IEEE]] (Institute of Electrical and Electronics Engineers) märkis selle ära ka kui ühe olulisema ajaloolise saavutusena elektri- ja elektroonikatehnika vallas.<ref name=IEEEMilestones>[http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Milestones:List_of_IEEE_Milestones Nimekiri IEEE poolt määratud ajaloolistest verstapostidest]</ref>
 
1969. aastal tõi Jaapani kellatootja Seiko turule esimese kvartskäekella, mis küll ei osutunud kuigi populaarseks peamiselt kalli hinna tõttu (see oli võrdne auto hinnaga). Sellegipoolest märkis [[Elektri- ja Elektroonikainseneride Instituut|IEEE]] selle ära ühe olulisema saavutusena elektro- ja elektroonikatehnika vallas.<ref name=IEEEMilestones>[http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Milestones:List_of_IEEE_Milestones Nimekiri IEEE poolt määratud ajaloolistest verstapostidest]</ref>
==Piesokeraamiline resonaator==
Piesokeraamiline resonaator valmistatakse piesoelektriliste omadustega keraamilisest materjalist ja kasutatakse nagu kvartsresonaatorit peamiselt kompaktsetes ostsillaatorites. Keraamilised resonaatorid jäävad sageduse täpsuselt ja ka stabiilsuse poolest kvartsresonaatoreist tunduvalt maha, ent on mõõtmeilt väiksemad ([[SMD-komponent|SMD-komponendid]] nt 1,2×3,2 mm), mehaaniliselt tugevamad ja märksa odavamad toota. Resonaatori valmistamisel moodustatakse ka kaks võnkesagedust määravat kondensaatorid, mistõttu lihtsustub ostsillaatori skeem.
{| class="wikitable"
|[[File:Filtres céramique.jpg|150px]]|| [[Pilt:Schaltsymbol-Keramikresonator.svg|75px]]||[[Pilt:Resonator-Ersatzschaltung.svg|100px]]||[[Pilt:Pierce-Oszillatorschaltung-3.png|200px]]
|-
|colspan=4|Keraamiliste resonaatorite pilt, tingmärk (mahtuvusharundiga), aseskeem ja resonaatoriga (Keramikresonator) ostsillaator.
|}
Keraamilised resonaatorid valmistatakse mitmeastmelise termilise ja mehaanilise töötlemise käigus ferromagnetiliste materjalide graanulite peeneks jahvatatud segust. Peamised lähtematerjalid on plii-tsirkonaat-titanaadid, plii-magneesium-niobaadid ja kaalium-naatrium-niobaadid koos muude metallide lisanditega.
 
Resonantsisageduse tolerants jääb etteantud temperatuurivahemikus piiresse ±(0,1 ‒ 0,5) %; see on keskmiselt 50 korda suurem kui kvartsresonaatoril. Resonantsisagedus ajaliseks muutuseks annavad tootjad ±0,3 % 10 aasta jooksul.
==Tööpõhimõte==
==Kristallostsillaatori väljundsagedus==
 
Kristallostsillaatori väljundsagedus võib olla kas kvartskristalli [[põhisagedus]] või siis selle sageduse kordne, s.t mõni [[ülemheli|ülemtoon]] ehk harmooniline. Ostsillaatorid sagedusega kuni 30 MHz töötavad tavaliselt resonaatorii põhisagedusel, sagedusel üle 30 MHz kolmandal, viiendal või seitsmendal harmoonilisel (alati paaritu arv). Harmoonilisi sagedusi kasutatakse sellepärast, et kuna kvartsi võnkesagedus sõltub tema paksusest muutuksid sagedustel üle 30 MHz kristallid nii õhukeseks, et nende tootmine oleks väga keeruline ja kulukas. Tootjad kalibreerivad ülemtoonis kristallid ülemtooni sagedusel, mitte põhisagedusel. Näiteks, kui on 30 MHz kvarts, mis on kalibreeritud kolmandal ületoonil, siis kui see panna kristalli põhisagedusele mõeldud ostsillaatori vooluringi, võib väljundsageduseks olla hoopis 10 MHz (30/3MHz). <ref name=SpecifyingQuartz>[http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/726 Specifying Quartz Crystals]</ref>
===Kvarts===
[[Pilt:Inside QuartzCrystal-Tuningfork.jpg|thumb|right|helihargi kujuline kristall]]
Kristalliks nimetatakse tahket ainet, milles [[aatom]]ite, [[molekul]]ide või [[ioon]]ide paigutus moodustab kõigi ruumitelgede suhtes korrapärase ja korduva mustri. Peaaegu igat elastset materjali, sobivate muundurite abiga, saab kasutada kui kristalli, kuna igal objektil esineb vibreerimisel oma kindel resonantssagedus. Resonantssagedus sõltub objekti suurusest, kujust, elastsusest ja heli liikumise kiirusest materjalis.
Kõrgsageduslikud kristallid, mis on põhiliselt kasutuses arvutite komponentide hulgas, lõigatakse tavaliselt kolmnurkse plaadi kujuliseks, madalasageduslikud, kasutuses digitaalsetes kellades, lõigatakse helihargi kujuliseks. Seadetes, kus ei ole tarvilik täpne ajastus, kasutatakse madalahinnalisi [[keraamiline resonaator|keraamilisi resonaatoreid]] kvarts kristallide asemel.
 
Kvarts kristalli toime ostsillaatoris põhineb piesoelektrilisel effektil: kui töödeldud kristall elektroodide abil pingestada, siis kristall muudab oma kuju elektrivälja mõjupiirkonnas. Kuju muutumine on tingitud sellest, et välise elektrivälja toimel materjalis olevad dipoolid pööravad ennast välja suunas ja seetõttu dipooldomeenide kuju muutub. Kui väli eemaldada, siis kvarts muutub tagasi oma endisesse olekusse ning selle protsessi käigus tekitab kristall enda ümber ise elektrivälja, millest on võimalik pinget genereerida. Põhimõtteliselt käitub kvarts kristall nagu vooluring, mis on ehitatud [[induktiivpool]]ist, [[kondensaator]]ist ja [[takisti]]st, töötades seejuures kindlal resonantssagedusel.
 
Kvartsi eeliseks on ka fakt, et tema elastsuskonstantid ja mõõtmed suhtuvad temperatuuri muutumisse sellisel viisil, et sageduse sõltuvus temperatuurist võib olla väga väike. Täpsemalt sõltub see kristalli lõikenurgast ja võnkumise viisist [[kristallograafia|kristallograafiliste]] telgede suhtes. Kriitilistes seadmetes, kus on vaja temperatuuri kõikumise mõju viia nulli lähedale, asetatakse ostsillaator konteinerisse, milles hoitakse püsivat temperatuuri. Samuti kasutatakse ka põrutusi pehmendavaid kaitseid, et vältida häireid väliste mehaaniliste vibratsioonide poolt.
 
===Elektriline ostsillaator===
[[pilt:InsideQuartzCrystal.jpg|right|thumb|Näide ühest kvarts kristalliga ostsillaatorist]]
Kristall-ostsillaatori vooluring säilitab oma võnkumise saades pingesignaali võnkuvalt kristallilt, seejärel pärast võimendamist saadab selle tagasi resonaatorile. Kvartsi paisumiste ja kokkutõmbumiste arv ajaühikus on resonantssagedus ja selle määrab kristalli lõige ja suurus. Kui väljund sageduse energia saab võrdseks kadudega vooluringis, alles siis saavutatakse stabiilne ostsileerimine.
 
Ostsillaator koosneb kahest elektrit juhtivast plaadist, mille vahele on asetatud kvarts kristalli lõik või helihark. Tööle hakkamise käigus mõjutakse kristallile vahelduvvooluga, mis on võrdlemisi „mürarikas“. Juhuslikkuse alusel on väike osa sellest mürast just kristalli resonantssagedusel ja kvarts hakkab ostsilleerima sünkroonis etteantud signaaliga. Ostsillaator ise hakkab kvartsist tulevat signaali järjest võimendama ning kristallile omane sagedusriba muutub järjest tugevamaks, lõpuks domineerides ostsillaatori väljundsignaalis. Kvartsi kristalli kitsas sagedusriba filtreerib välja kõik ebavajalikud sagedused.
 
Kvarts ostsillaatori väljundsagedus võib olla kas kristalli [[põhisagedus]] või siis mingi arv korda see sagedus(kutsutakse [[ülemheli|ülemtooniks]]). Erinevalt [[osaheli|harmoonikust]] muusikas, ei korrutata kvartsi puhul täisarvuga, aga sellele väga lähedase arvuga. Kristallid alla 30MHz töötavad tavaliselt põhisagedusel, üle 30Mhz on tavaliselt kolmandas, viiendas või seitsmendas ülemtoonis(alati paaritu arv). Ülemtoone kasutatakse selle pärast, et kvartsi võnkesagedus sõltub tema paksusest ning üle 30MHz põhisagedusega kristallid muutuksid nii õhukeseks, et nende tootmine oleks väga keeruline ja kulukas. Tootjad kalibreerivad ülemtoonis kristallid vastavalt sellel ülemtoonil, mitte põhisagedusel. Näiteks, kui on 30MHz kvarts, mis on kolmandas ületoonis, pannes selle kristalli põhisagedusele mõeldud ostsillaatori vooluringi, võib väljundsageduseks olla hoopis 10MHz(30/3MHz). Seetõttu on alati kasulik teada millisel sageduse vormil kristall töötab.<ref name=SpecifyingQuartz>[http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/726 Specifying Quartz Crystals]</ref>
 
Kristall-ostillaatorite eeliseks on ka nende kõrge [[hüvetegur]](Q), mis iseloomustab energia kadusi ostsillaatoris. Mida kõrgem on hüvetegur, seda vähem läheb energiat kaduma võrreldes ostsillaatorisse salvestatud energiaga. Kvartsi hüvetegur on vahemikus 10<sup>4</sup> kuni 10<sup>6</sup>, võrdluseks võib tuua induktiivpool-kondensaator ostillaatori, mille Q on 10<sup>2</sup>. Maksimum hüvetegurit kõrge stabiilsusega kvarts-ostillaatori jaoks saab arvutada valemiga Q=1.6 &times; 10<sup>7</sup>/f, kus f on võnkumise sagedus megahetsides.
 
==Modelleerimine==
 
[[Pilt:Crystal oscillator.svg|none|thumb|300px|Piesoelektrilise kristalli elektriline sümbol(üleval) ja kvarts kristalliga tööpõhimõttelt ekvivalentne elektriline skeem]]
C<sub>0</sub>- Staatiline [[mahtuvus]]. Metalli elektroodide mahtuvus, kvartsi [[suhteline dielektriline läbitavus]]. Ei ole seotud kvartsi pieoselektriliste omadustega ja seda mõõdetakse kristalli takistusmõõturiga. Ühikuks on kõige sagedamini [[piko-|piko]][[farad]].
 
C<sub>1</sub>-Dünaamiline [[mahtuvus]]. Mahtuvus mida võnkuv keha väljastab oma [[jadavõnkesagedusel]]. See on otsene kvartsi piesoelektriliste omaduste tulemus. Väärtus on sõltuvuses kristalli elektroodide suurusest ja mõõdetakse [[femto-|femto]][[farad|faradites]].
 
L<sub>1</sub>-Dünaamiline [[induktiivsus]]. Induktiivsus mida võnkuv keha väljastab oma jadavõnkesagedusel. See on otsene kvartsi piesoelektriliste omaduste tulemus. Seda võetakse arvesse ainult juhul kui kristalli sageduse ja mahtuvuse väärtus on kindlalt määratud.
 
R<sub>1</sub>-[[Takistus]] mida võnkuv keha väljastab oma jadavõnkesagedusel. See on otsene kvartsi piesoelektriliste omaduste tulemus.
 
 
==Kasutamine arvutites==
 
Arvutites kasutatakse ostillaatoreid erinevate komponentide töö sünkroonimiseks. Arvuti [[emaplaat|emaplaadil]] asetseb [[taktgeneraator]], mis annab taktsagedust kõigile arvuti põhikomponentidele, tavaliselt on sellel eraldi patarei, et hoida aega ka siis kui arvuti on välja lülitatud. Kogu arvuti töö toimub ostsillaatorist saadud takti alusel. Kuigi protsessorite töötamis sagedused on tõusnud aastatega gigahertsidesse, siis kristall-ostsillaatorite, mis asetsevad kella generaatoris, väljundsagedused on jäänud ikka mõnesaja MHz piiresse. Kõige sagedamini kasutatakse kella generaatoris 14.318Mhz sagedusel töötavaid kristalle.
1992. aastal tutvustas Intel oma mudeliga 80486DX2 tehnoloogiat, mis võimaldas protsessoril teha, ühe välise kella signaali jooksul mitu töötsüklit. Nimetatud protsessor töötas kaks korda kiiremini kui väline [[taktsignaal]], tänapäeva arvutites on kordaja kümnetes kordades suurem. Seda tehnoloogiat kasutatakse tänapäeval praktiliselt kõigis protsessorites, kus on vaja taktsagedust tõsta. Tüüpiliselt töötab tänpäeval iga seade arvutis oma taksagedusega, mis on genereeritud emaplaadis, sünkroonsust hoitakse vahemälu ja puhvritega.
 
 
===Taktgeneraator===
[[Pilt:ICS 952018AF.jpg|right|thumb|Kristall resonaator, mis töötab sagedusel 14,318MHz, ja taktgeneraator ICS952001]]
Iga sünkroonis töötava arvuti emaplaadil asub kella generaator, mis saadab arvuti komponentidele taktsignaali. Tavaliselt saadetakse igale komponendile eraldi sagedusega signaali ning võidakse veel kasutada lisaks ostsillaatoreid, et generaatori väljundsagedust tõsta. Tüüpiliselt genereeritakse eraldi signaalid protsessorile(õigemini siinile, mis protsessorit ühendab), graafikakaardile, mäludele, pci siinidele, usb pesadele. Signaalide arv sõltub ka konkreetsest taktgeneraatorist ja selle ühenduspesade arvust.
 
 
===Aja genereerimine===
Aja genereerimine, käib väga lihtsa skeemi järgi. See toimub ostsillaatorist tuleva signaali muutmisega väiksema sagedusega signaaliks. Protsess toimub mitmes faasis ja tööpõhimõte seisneb selles, et loetakse ostsillaatorist tulevaid impulsse ja alles teatud impulsside arvu järel saadetakse üks impulss edasi järgmisele faasile. Näiteks kui skeem näeb välja selline, et on kaks faasi ja mõlemas lastakse edasi iga 256. impulss, siis jagatakse ostsillaatori siganaal 256 ruuduga. 65,536KHz ostsillaatori väljundsignaali puhul muudetakse see 1Hz signaaliks, mis vastab täpselt ühele võnkele sekundis.<ref name=ClockChip>[http://www.ehow.com/how-does_6173713_clock-chip-works-pc.html How a Clock Chip Works in a PC]</ref>
 
==Sagedamini kasutatavad kristalli sagedused==
Kristall ostsillaatorite vooluringidel ei ole just kindlaid standardeid, aga on tekkinud mõned tihedamini kasutatavad sagedused, näiteks 3.579545 MHz, 10 MHz, 14.318 MHz, 20 MHz, 33.33 MHz, ja 40 MHz. Sagedus 3.579545 MHz on saanud populaarseks oma madala hinna tõttu, sellest ajast kui neid hakati kasutama Põhja- ja Kesk-Ameerikas värvitelerite vastuvõtjates. Kasutades sagedusemadaldajaid ja -kordistajaid on võimalik saada ühest algsagedusest mitmeid erinevaid sagedusi, näiteks 14.318 MHz on levinud arvutites kasutatav kristalli võnkesagedus.
 
==Stabiilsus ja vananemine==
Sageduse stabiilsus on määratud ostsilaatori [[hüvetegur|hüveteguriga]]. Hüvetegur sõltub pöördvõrdeliselt sagedusest ja konstandist, mis sõltub kristalli lõiketelje asetsemisest kristallograafiliste telgede suhtes. Veel mõjutavad ostsilaatori hüvetegurit kasutatud ülemtoon, temperatuur, piirpindade kvaliteet, mehhaanilised pinged kristallis, kristalli geomeetria ja kristalli materjali puhtus.
 
Aja möödudes kristalli sagedus muutub natukene ning seda omadust nimetatakse vananemiseks. Selle põhjuseks võivad olla mitmed erinevad mehhanismid. Kristalli küljes olevad elektroodid võivad survet järgi anda, krisatlli keemiline koostis võib aja jooksul muutuda, näiteks, elektroodidest võivad aatomid difundeeruda kristalli võresse, mis moonutab kristallvõret. Samuti võivad kristalli pinna ja elektroodidega toimuda aeglased keemilised reaktsioonid.
 
Kristallresonaatorite resonantsisagedused pole standardiseeritud, aga on välja kujunenud mõned rohkem kasutatavad sagedused, näiteks 3,579545 MHz, 10 MHz, 14,318 MHz, 20 MHz, 33,33 MHz, ja 40 MHz. Sagedus 3,579545 MHz on saanud populaarseks oma madala hinna tõttu sellest ajast, kui neid hakati kasutama Põhja- ja Kesk-Ameerikas värvitelerites. Sagedusjagurite ja -kordistite abil on võimalik saada algsagedusest muid vajalikke sagedusi.
[[Pilt:Inside QuartzCrystal-Tuningfork.jpg|pisi|200 px|Kellakvartsi mikrofotod]]
==Kella kristallostsillaator ==
Elektronkellades kasutatakse taktgeneraatorina miniatuurset, nn. mikrokvartsresonaatorit. Resonaatori omavõnkesagedus võib olla näiteks 65 536 Hz = 2<sup>16</sup> Hz. Seda sagedust poolitatakse 16 järjestikuse [[triger]]iga sageduseni 1 Hz, mis osutitega kellas käivitab spetsiaalse samm-mootori<ref>Thanassis Speliotis et al.: ''Micro-motor with screen-printed rotor magnets''. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volume 316, Issue 2, September 2007,S. 120–123</ref>. Resonaatori võnkesageduse lubatud hälve võib olla näiteks ±20 ppm (miljondikosa) resonantsisagedusest temperatuuril 25 °C ja sageduse muutus esimese aasta jooksul kuni ±5 ppm, edaspidi sagedus stabiliseerub.
[[Pilt:ICS 952018AF.jpg|right|thumb|Kristallresonaator KTS14,3TI, mis töötab sagedusel 14,318 MHz, ja taktgeneraator ICS952001]]
==Kristallostsillaator arvutis==
Arvutites kasutatakse kristallostsilaatoreid [[taktgeneraator]]ina eri komponentide töö sünkroonimiseks. Arvuti [[emaplaat|emaplaadil]] asetsev taktgeneraator annab taktsagedust kõigile arvuti põhikomponentidele nende töö sünkroonimiseks. Tüüpiliselt genereeritakse eraldi signaalid protsessorile (õigemini siinile, mis protsessorit ühendab), graafikakaardile, mäludele ja erinevatele siinidele.
==Viited==
{{Viited}}
 
{{Viited|colwidth=30em}}
 
==Vaata ka==
*[[Ostsillaator]]
*[[EmaplaatHüvetegur]]
[[Kategooria:Elektroonika]]
*[[Induktiivpool]]
*[[Kondensaator]]
*[[Ülekiirendamine]]
 
[[Kategooria:Elektroonikakomponendid]]
{{Mall:Elektroonika}}
[[en:Crystal oscillator]]