Minule jsme probírali schémátko primitivně jednoudchého RC oscilátoru založeného na Schmidtově klopném obvodu. Tehdy, jsem tvrdil, že pokud použijete 74HC14 bude vám oscilátor kmitat až ke 100 MHz. Dneska je na řadě stejně jednoduchoučký oscilátor s krystalem zvaný Pierceův oscilátor.
Když "umíme" RC oscilátor který umíme donutit kmitat od 0,1 Hz do 100 MHz proč se vůbec zabývat krystalovými oscilátory, zejména když sehnat krystaly ve stejně širokém rozmezí je prakticky nemožné ? Smysl Krystalových oscilátorů je ve stabilitě, a zejména v přesnosti kmitočtu, kdo už se někdy snažil donutit RC oscilátor kmitat na kulatém kmitočtu typu 4.000 MHz ví, že to není tak snadné a vánkem větérku nebo nepatrnou změnou teploty, nebo změnou polohy plošného spoje, který změní parazitní kapacity se nám obvod rozladí.
Předem upozorňuju na zásadní rozdíl oproti RC oscilátoru z minulého dílu - Invertor INV1 nesmí mít na vstupu Schmidtův klopný obvod - nesmí to být 74HC14 - musí to být prostý invertor 74HC04, přesně takový jaký jsem používal jako analogový zesilovač v Trávoměru.
Podobnost s analogovou elektronikou v trávoměru není čistě náhodná odpor Rf nám zesilovač převede do analogového režimu - bez krystalu by tedy výstup nebyl 0V ani 5 V ale něco kolem 2,5V. Krystal v tomto zapojení funguje jako sériový LC obvod - z výstupu Invertoru na jeho vstup pustí právě jenom frekvenci na kterou je naladěn a tím celý obvod rozkmitá. Doporučená hodnota odporu Rf je 1-10 mega Ohm. Osobně doporučuju držet se v oblasti 1M nebo 3M3 pokud máme používat moji "vidláckou" řadu hodnot E2. Odpor Rs bráno stejnou logikou doporučuju dát 1K nebo max 3K3 - jeho smysl je v oddělení výstupu hradla od krystalu - tím se kmitání krystalu stabilizuje a výstup oscilátoru je "nejlepší možný". Kondenzátory Ca a Cb bývají kolem 10 - 33 pF - hodnotou těchto kondenzátorů se dá frekvence krystalu posouvat o pár kHz - v tomto případě výjimečně doporučuju nepouživat moji milovanou řadu hodnot "E2" a dát tam dva kondy 18pF.
Pokud budete hledat shémátko Pierceova oscilátoru - velice často jej najdete bez druhého hradla INV2 - velice nedoporučuju jej vynechávat - krystal propouští sinusový signál, ze kterého hradlo INV1 fungující jako zesilovač udělá "přibližně pravoúhlý" signál. Dokonale pravoúhlý signál vznikne až dalším zesílením hradlem INV2, které navíc oddělí oscilátor od vlivu zbytku elektroniky.
Předpokládám, že nemusím zdůrazňovat obecné zásady - krystal musí být co nejblíže ke vstupu INV1, Ca a Cb co nejbliže u krystalu a oba odpory také co nejblíže VSTUPU hradla. Proč musí být všecno blízko vstupu si povímě nekdy příště v kapitole "vedení signálu na nízké impedanci". Samozřejmě, že celý integrovaný obvod má 6 hradel - nejméně 2 z nich divoce kmitají na frekvenci krystalu - tudíž při překlápění mají proudové špičky, které filtrujeme blokovacím kondenzátorem viz "svatá trojice" v kapitole o dokonalém napájení.
Ještě poslední upozornění - Pierceův oscilátor velice nerad kmitá na vyšších harmonických frekvencích krystalů - pokud máte krystaly na frekvenci vyšší než 20 Mhz - často to jsou krystaly určené k tomu aby kmitaly na 3 nebo 5 harmonické frekvenci (3x neb 5x násobek základní frekvence) proto se nedivte, že Pierceův oscilátor třeba s krystalem z RC soupravy pro 27 MHz bude kmitat na frekvenci 27 / 3 = 9 MHz.
No a na úplný závěr - jistě jste pochopili že oscilátory uvnitř jednočipových procesorů jsou udělány přesně takto.
Ještě oblíbená rada pro brunety - je skvělé balit chlapy na vysoké IQ, ale jenom "vodcamcaď pocamcaď", protože chlapi mají nevýslovnou hrůzu ze žen inteligentějších než oni sami.