هناك العديد من الرنانات المستخدمة في عدد هائل من التطبيقات في مجال الإلكترونيات. في تلك القائمة من المرنانات، وهما المواد المستخدمة بشكل رئيسي هي الكريستال الكوارتز و السيراميك (صنع الرنان السيراميك). يستخدم الكريستال الكوارتز في المذبذب الكريستالي ويستخدم السيراميك في مرنان السيراميك. كلاهما لهما نفس الهدف المتمثل في توليد تردد تذبذب عن طريق الاهتزاز عند إعطاء جهد دخل لهما. لكن بينهما بعض الاختلافات أيضًا ، مما يفصل بينهما ونتيجة لذلك ، لديهما تطبيقات مختلفة.
ما هو Crystal Oscillator؟
و مذبذب غير الدائرة التي تولد تردد مع مساعدة من دائرة ضبطها ويعرف هذا التردد ولدت كما تتأرجح تردد. وبالمثل ، فإن المذبذب البلوري عبارة عن دائرة إلكترونية أو جهاز يستخدم لتوليد تردد ثابت بمساعدة بلورة بدلاً من دائرة مضبوطة. عندما يهتز البلور فإنه يعمل كرنان ونتيجة لذلك يولد ترددًا متذبذبًا. تستخدم دائرة الرنان بلورة لتوليد التذبذب ، مما يؤدي إلى الاسم باسم Crystal Oscillator. رمز ودائرة المذبذب البلوري كما هو موضح أدناه:
تعرف على المزيد حول مذبذب الكوارتز والكريستال هنا.
ما هو مرنان السيراميك؟
على غرار المذبذب البلوري ، فإن مرنان السيراميك هو أيضًا دائرة إلكترونية أو جهاز يستخدم لتوليد خرج تردد التذبذب بمساعدة السيراميك كمواد كهرضغطية رنانة. يمكن أن تحتوي المادة على قطبين أو أكثر من القطب الذي يحصل عند توصيله بدائرة مذبذب اهتزازًا ميكانيكيًا ونتيجة لذلك يتم إنشاء إشارة متذبذبة لتردد معين. تشبه دائرة الرنان تلك الخاصة بالمذبذب البلوري كما هو موضح أدناه:
عندما يعمل الرنان ، تنتج الاهتزازات الميكانيكية جهدًا متذبذبًا بسبب مادة كهرضغطية مثل السيراميك ، ثم يتم توصيل الجهد المتذبذب بالأقطاب الكهربائية كناتج. يتم استخدام المفهوم العكسي في حالة التأثير الكهرضغطية العكسي
مذبذب كريستال مقابل مرنان
على الرغم من أن كلاهما لهما نفس إجراءات العمل ويولدان تذبذبًا تردديًا كإخراج ، إلا أنهما لديهما بعض الاختلاف في الخصائص بسبب استبدال المذبذب بالرنان في كثير من الحالات ، وهي:
- نطاق التردد - يحتوي المذبذب الكريستالي على عامل Q أعلى بكثير من عامل مرنان السيراميك نظرًا لأن المذبذب البلوري له نطاق تردد يتراوح من 10 كيلو هرتز إلى 100 ميجا هرتز بينما يتراوح نطاق تردد مرنان السيراميك من 190 كيلو هرتز إلى 50 ميجا هرتز
- الإخراج - يوفر المذبذب الكريستالي خرج تردد عالي الثبات كما يوفر مرنان السيراميك أيضًا خرج استقرار ليس جيدًا مقارنة بالمذبذب البلوري. من حيث دقة تردد الخرج ، يوفر Crystal Oscillator إخراجًا أكثر دقة بكثير من مرنان السيراميك الذي تعتبر معلمات مثل درجة الحرارة عنصرًا حساسًا. دقة المذبذب هي 10 جزء في المليون - 1000 جزء في المليون بينما بالنسبة للرنان هي 0.1٪ - 1٪.
- التأثير الناتج عن المعلمات - بالنسبة لمرنان السيراميك ، سيحدد سمك مادة السيراميك تردد الطنين الناتج بينما يعتمد خرج تردد الرنين بالنسبة لمذبذبات الكريستال على الحجم والشكل والمرونة وسرعة الصوت في المادة. يعتمد المذبذب البلوري على درجة حرارة منخفضة جدًا ، أي أنه مستقر للغاية حتى مع التغيرات في درجة الحرارة ويكون مرنان السيراميك أكثر اعتمادًا على درجة الحرارة من المذبذب البلوري. بالنسبة لمذبذب الكوارتز البلوري ، تعتمد خصائص الخرج على وضع الاهتزاز والزاوية التي يتم عندها قطع البلورة بينما في الرنان تكون السماكة مهمة بشكل أساسي.
- التسامح والحساسية - يتمتع المذبذب الكريستالي بقدرة أقل على تحمل الصدمات والاهتزازات بينما يتمتع مرنان السيراميك بقدرة تحمل عالية نسبيًا. يتميز المذبذب البلوري بقدرة منخفضة على تحمل ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) بينما يتمتع مرنان السيراميك بقدرة عالية على تحمل ESD. المذبذبات أكثر حساسية من الرنانات ، ويمكن مقارنة الحساسية من حيث الإشعاع. الكوارتز لديه تحمل تردد 0.001٪ ، بينما PZT لديه تفاوت 0.5٪.
- اعتماد المكثف - قد تحتوي الرنانات على مكثفات داخلية أو تحتاج إلى مكثفات خارجية في بعض الأحيان بينما يحتاج المذبذب إلى مكثفات خارجية وتعتمد قيمتها على نوع الكريستال المصمم للعمل معه.
- المواد المستخدمة - يتكون المذبذب الكريستالي من الكوارتز كمادة مرنان كهرضغطية بينما الرنانات الخزفية مصنوعة من تيتانات الرصاص الزركونيوم (PZT) ، والتي تُعرف باسم مادة السيراميك الكهرضغطية عالية الاستقرار. يصعب تصنيع مذبذب الكريستال بينما يسهل تصنيع مرنان السيراميك.
- التطبيقات - تُستخدم الرنانات الخزفية في تطبيقات المعالجات الدقيقة حيث لا يكون استقرار التردد مهمًا بينما يمكن العثور على Crystal Oscillator في كل شيء بدءًا من أجهزة التلفزيون وحتى ألعاب الأطفال التي تحتوي على مكونات كهربائية. الرنانات جيدة لاتصالات المنفذ التسلسلي منخفض السرعة بينما المذبذبات البلورية لها ترددات متاحة لدعم الاتصالات التسلسلية عالية السرعة أيضًا. لا تحتوي الرنانات على ترددات متاحة لاتصالات المنفذ التسلسلي عالي السرعة. فيما يتعلق بالتطبيقات القائمة على الساعة ، فإن الرنانات ليست مناسبة جدًا لساعة الوقت الحقيقي / ضبط الوقت / ساعة الحائط بينما قد تكون المذبذبات مناسبة لحفظ الوقت / ساعة RTC / ساعة الحائط إذا تم ضبطها باستخدام مكثف متغير ، فتوقع بضع دقائق من الانجراف سنويًا إذا لم يكن كذلك ضبطها.