Sowohl Keramikresonatoren als auch Quarzkristalle arbeiten nach dem gleichen Prinzip: Sie vibrieren mechanisch, wenn ein Wechselstromsignal an sie angelegt wird. Quarzkristalle sind genauer und temperaturstabiler als Keramikresonatoren. Der Resonator oder Kristall selbst hat zwei Verbindungen. Links der Kristall, rechts der Keramikresonator.
Wie Sie sagen, der Oszillator benötigt zusätzliche Komponenten, die beiden Kondensatoren. Der aktive Teil, der den Oszillator zum Arbeiten bringt, ist ein Verstärker, der die Energie liefert, um die Oszillation am Laufen zu halten.
Einige Mikrocontroller verfügen über einen Niederfrequenzoszillator für einen 32,768-kHz-Kristall, in den häufig Kondensatoren eingebaut sind, sodass Sie nur zwei Anschlüsse für den Kristall benötigen (links). Die meisten Oszillatoren benötigen jedoch die Kondensatoren extern, und dann haben Sie die Anschlüsse: Eingang vom Verstärker, Ausgang zum Verstärker und Masse für die Kondensatoren. In einem Resonator mit drei Pins sind die Kondensatoren integriert.
Die Funktion der Kondensatoren: Um den Closed-Loop-Verstärker-Kristall in Schwingung zu versetzen, muss die gesamte Phasenverschiebung 360 ° betragen. Der Verstärker ist invertiert, das sind also 180 °. Zusammen mit den Kondensatoren kümmert sich der Kristall um die anderen 180 °.
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Wenn Sie einen Quarzoszillator einschalten, der nur ein Verstärker ist, erhalten Sie noch nicht die gewünschte Frequenz. Das einzige, was es gibt, ist ein leises Rauschen über eine große Bandbreite. Der Oszillator verstärkt dieses Rauschen und leitet es durch den Kristall, woraufhin es erneut in den Oszillator eintritt, wodurch es erneut verstärkt wird und so weiter. Sollte das nicht nur sehr viel Lärm verursachen? Nein, die Eigenschaften des Kristalls sind so, dass er nur einen sehr geringen Teil des Rauschens um seine Resonanzfrequenz herum durchlässt. Der Rest wird gedämpft. Am Ende bleibt also nur die Resonanzfrequenz übrig, und dann schwingen wir.
Sie können es mit einem Trampolin vergleichen. Stellen Sie sich einen Haufen Kinder vor, die zufällig darauf springen. Das Trampolin bewegt sich nicht viel und die Kinder müssen sich viel Mühe geben, um nur 20 cm hoch zu springen. Nach einiger Zeit beginnen sie sich zu synchronisieren und das Trampolin folgt dem Springen. Die Kinder springen mit weniger Aufwand immer höher. Das Trampolin schwingt mit seiner Resonanzfrequenz (ca. 1 Hz) und es ist schwierig, schneller oder langsamer zu springen. Das sind die Frequenzen, die herausgefiltert werden.
Das Kind, das auf das Trampolin springt, ist der Verstärker, sie liefert die Energie, um die Schwingung am Laufen zu halten.
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