คริสตัล(CRYSTAL)

คริสตัล(CRYSTAL)
อุปกรณ์กำเนิดสัญญาณไฟฟ้าความถี่คงที่ ที่เราเรียกว่า สัญญาณนาฬิกา โดยเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรง เป็นคลื่นรูปสี่เหลี่ยม เพื่อใช้ในอุปกรณ์ส่งวิทยุ หรือเครื่องคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วย ผลึกควอทซ์(หินเขี้ยวหนุมาน)แผ่นบางๆ มีแผ่นโลหะฉาบอยู่ 2 ด้านที่เชื่อมต่อกับขั้วต่อภายนอก 2 ขั้ว
มีหลักการทำงาน คือ เมื่อผลึกควอทซ์ ได้รับแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากขั้วต่อทั้งสอง จะเกิดสนามไฟฟ้าซึ่งจะทำให้เกิดแรงต่อประจุในโครงสร้างของผลึก ทำให้ผลึกเปลี่ยนรูป และสั่น ทำให้ประจุมีการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ จนเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมาต้านแรงเคลื่อนเดิม ขึ้นที่ขั้วทั้งสอง แต่สัญญาณไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะมีความถี่คงที่ค่าหนึ่ง เรียกว่า ความถี่เรโซแนนซ์(Resonance Frequency)ซึ่งจะมีความสัมพันธ์กับพื้นที่หน้าตัดและความหนาของผลึก ในการใช้งานเราจะใช้คริสตัลจากความถี่เรโซแนนซ์ ซึ่งเราอาจเรียกว่าความถี่มูลฐาน โดยจะใช้งานในช่วงตั้งแต่ระดับ KHz ถึงระดับหลายร้อย MHz แต่อาจมีความถี่ฮาร์โมนิค ที่มีขนาดแอมปริจูดน้อยมาก ซึ่งเป็นความถี่ฮาร์โมนิคที่ 3 แทรกเข้ามา คริสตัลมีสัญลักษณ์ คือ 

เทียบได้กับวงจรสมมูล 

ข้อได้เปรียบของคริสตัล คือ

1. ทำให้วงจรมีขนาดกระทัดรัด

2. มีความแม่นยำสูง

3. ความถี่คงที่ แม้อุณหภูมิจะเปลี่ยนไป ก็จะมีการเปลี่ยนแปลงน้อยมาก

จึงทำให้มีการนำมาใช้ แทนวงจรที่ใช้ขดลวด, ตัวเก็บประจุ และตัวต้านทาน แบบเดิม

คุณสมบัติของคริสตัล ผลึกควอซท์ หรือหินเขี้ยวหนุมานนั้น เป็นที่เลื่องลือกันว่ามีคุณสมบัติในการก่อให้เกิดไฟฟ้า ที่เกิดจากการกดดันทางกลไก ที่มีต่อผลึกแร่ ซึ่งนั้นก็หมายความว่า ถ้าคุณบีบ หรือ ถูผลึกแก้วไปมาเบา ๆ มันจะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าออกมาได้ ในทางตรงกันข้าม ถ้าคุณใช้กระแสไฟฟ้า กับผลึกแก้วคริสตัล มันก็จะทำให้ผลึกแก้วคริสตัลนั้นสั่นได้ ซึ่งคุณสมบัติในทางเทคนิคนี้ ทำให้เรานำผลึกคริสตัล มาใช้กับนวัตกรรม และสิ่งประดิษฐ์ต่าง ๆ ที่ไฮเทคในยุคปัจจุบัน ได้แก่ ลำโพง หม้อแปลงไฟฟ้า เครื่องรับส่งวิทยุ คอมพิวเตอร์ เครื่องจับเวลา การศัลยกรรมด้วยเลเซอร์ และชิ้นส่วนทางอีเลคโทรนิคต่างๆ ตั้งแต่เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้าน ไปจนถึงยานอาวกาศ เราสามารถนำคุณสมบัติ ของหินเขี้ยวหนุมาน มาประยุกต์ใช้กับตัวเราได้ ดังตัวอย่างตามตารางข้างล่างนี้ ผลึกหินเขี้ยวหนุมาน คุณสมบัติ การนำมาใช้ ใช้ทางอิเลคโทรนิก ใช้กับคน ในการขยาย ลำโพง ให้พลังงาน ในการเปลี่ยนแปลงสภาพ หม้อแปลงไฟฟ้า เปลี่ยนแปลง และพัฒนาคน ในการกักเก็บ คอมพิวเตอร์ ใช้กำหนดเป้าหมายชีวิต ในการถ่ายทอดส่งต่อ วิทยุ / โทรทัศน์ ใช้ส่งกระแสจิต ในการส่งเสียงกังวาล เครื่องจับเวลา ใช้ช่วยในการทรงตัว ในการเป็นสื่อ สื่อตัวนำ ช่วยสร้างความกลมกลืน ในการทำให้มารวมเป็นจุดเดียว เลเซอร์ ใช้ในการทำสมาธิ คริสตัลสามารช่วยเพิ่มพลังให้แก่เราได้ เหมือนกับมันทำหน้าที่เพิ่มพลังเสียงในลำโพง เมื่อคุณรู้สึกว่าอ่อนเพลีย มีพลังงานลดน้อยลง ให้คุณถือผลึกแก้วคริสตัลไว้ แล้วปล่อยร่างกายตามสบาย นั่งตัวตรง หลังไม่งอ และเปิดรับการถ่ายพลัง และหายใจไปพร้อมกับผลึกคริสตัล เพื่อที่ว่าพลังจากผลึกแก้วคริสตัล และพลังงานของคุณ จะได้รวมกันเป็นหนึ่งเดียว ซึ่งก่อให้คุณเกิดความรู้สึกว่าหัวใจเต้นเป็นจังหวะ รู้สึกอบอุ่น หรือรู้สึกเยือกเย็น หรือไม่ก็รู้สึกถึง กระแสของความแข็งแรง ที่นุ่มนวลเกิดขึ้น ในตัวคุณเองอีกครั้ง คริสตัลนอกจากจะมีอิทธิพลต่อพลังแล้ว ยังมีอิทธิพลต่ออนาคตด้วย ดังนั้นจึงมีความสำคัญต่อคนที่ครอบครอง และใช้คริสตัลในการคงความคิด เฉพาะในแง่บวกของเราเอาไว้ พลังของคริสตัล ในการช่วยเพิ่มพลังนั้น เป็นสิ่งที่เป็นกลาง และไม่มีเหตุผล มันจะช่วยเพิ่ม และดึงดูดพลังงาน ทั้งจากแหล่งกำเนิด และพลังงานจากตัวคุณเอง คริสตัลยังถูกใช้ในการเปลี่ยนแปลง รูปแบบของพลังงาน ถ้าคุณต้องการที่จะเปลี่ยนอารมณ์ นิสัย ความคิด และสถานการณ์ต่าง ๆ คุณก็เพียงแต่ใช้คริสตัล ตามวิธีการ ที่กล่าวมาแล้วข้างต้น บวกกับแสดงความตั้งใจ ที่แน่วแน่ที่จะเปลี่ยนแปลงสิ่งเหล่านั้น ซึ่งทั้งหมดนี้ จะเป็นไปตามหลักที่ว่า พลังงานนั้น จะไม่มีวันสูญหาย หรือหมดสิ้นไป แต่มันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ คุณสมบัติอีกข้อหนึ่ง ของคริสตัลคือ มันสามารถถ่ายทอดพลังงานได้ ดังนั้นเราจึงเอามาใช้ในการผลิตวิทยุ โทรทัศน์ โทรศัพท์มือถือ และอุปกรณ์ในการสื่อสาร แบบไร้สายอย่างอื่น อีกมากมาย ถ้าคุณปล่อยจิตใจให้ว่าง เพื่อที่จะซึมซับความถี่สูง ของผลึกคริสตัลเข้าไป คุณก็จะกลายมาเป็นผู้ส่งต่อ ความคิดที่ทรงพลัง ซึ่งขบวนการนี้ เรียกว่าการส่งกระแสจิต การใช้งาน Crystal

Crystal หรือ Oscillator เป็นอุปกรณ์ที่ให้กำเนิดสัญญาณความถี่ หรือ สัญญาณนาฬิกา ลักษณะเป็นคลื่นไฟฟ้ากระแสตรงรูปสี่เหลี่ยม

Crystal เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller) เพราะอุปกรณ์นี้ต้องการสัญญาณนาฬิกามากระตุ้น เพื่อที่มันจะได้รู้ว่ามันทำงานไปเป็นเวลาเท่าไหร่แล้ว สัญญลักษณ์ (Symbol) ของ Crystal   *Crystal เป็นอุปกรณ์ไม่มีขั้ว สามารถค่อใช้งานด้านใดก็ได้ การใช้งาน Crystal กับ Microcontroller Microcontroller แต่ละรุ่น อาจใช้ความถี่ต่างกันเช่น 4 MHz , 8 MHz เป็นต้น ซึ่งเราสามารถดูได้จาก Datasheet ของไมโครคอนโทรลเลอร์รุ่นนั้นๆ หากใช้ Crystal ไม่ตรงกับควาถี่ที่ Microcontroller ต้องใช้ จะทำให้การนับเวลาผิดพลาดเช่น PIC16F627A ต้องการความถี่ 4 MHz เราเขียนโปรแกรม LED กระพริบติดดับทุกๆ1วินาที หากใช้ Cystal 4 MHz วงจรจะทำงานปกติ หากใช้ 8 MHz ความเร็วในการกระพริบจะกลายเป็น 2 เท่า(0.5 วินาที) ใช้ 16 MHz จะเร็วเป็น 4 เท่า(0.25 วินาที) เป็นต้น เพราะฉะนั้นต้องเลือกใช้ Crystal ให้ตรงกับความถี่ของ Microcontroller เพื่อการทำงานที่แม่นยำ วงจรสร้างสัญญาณนาฬิกาด้วยคริสตอล คริสตอล (Crystal) เป็น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างจากผลึกควอทซ์บรรจุอยู่ในตัวถังโลหะ เมื่อมี แรงดันตกคร่อมขาทั้งสองผลึกควอทซ์นี้จะสั่นด้วยความถี่ค่าหนึ่ง เราจะใช้การสั่นนี้มาเป็นตัวกำหนดค่าความถี่ ของสัญญาณนาฬิกา การต่อคริสตอลเป็นวงจรสร้างสญัญาณนาฬิกาสามารถทำได้หลายแบบแตล่ะแบบจะเหมาะกับความถี่ บางช่วง ในการทดลองนี้จะต่อวงจรแบบ Pierce Crystal Oscillator ซึ่งมีวงจรดังรูป วงจรคริสตอลออสซิลเลเตอร์ ค่า C1 และ C2 ที่เหมาะสมสำหรับความถี่ต่างๆ มีดังนี้ ความถี่ 1 MHz C1 = C2 = 220 pF ความถี่ 2 MHz C1 = C2 = 330 pF ความถี่ 5 MHz C1 = 330 pF และ C2 = 100 pF ข้อดีของการสร้างสัญญาณนาฬิกาด้วยวงจรคริสตอลคือค่าความถี่มีความแม่นยำสูง และไม่ไวต่อการ เปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ แต่มีข้อเสียคือมีค่าความถี่ให้เลือกจำกัด เนื่องจากมีคริสตอลเฉพาะบางความถี่ให้ เลือกใช้เท่านั้น หากต้องการความถี่ที่อื่นอาจต้องใช้วงจรหารความถี่เพื่อให้ได้ความถี่ที่ต้องการ ทดลองวงจรออสซิลเลเตอร์แบบ CRYSTAL วงจร Crystal oscillators เป็นวงจรกำเนิดความถี่ที่นิยมใช้งานกันมาก มีข้อดีที่ไม่สามารถหาได้จากวงจรกำเนิดความถี่แบบอื่น ๆ คือ เสียรภาพทางความถี่เป็นเยียม หรือว่ามีความถี่ที่คงที่อยู่ตลอดเวลา ตัวอย่างวงจรที่จะนำมาทดลองสร้าง อุปกรณ์จำพวก Crystal เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ค่อนข้างบอบบาง เวลาใช้งาน Crystal ต้องให้ทำงานที่ระดับแรงดันต่ำ ๆ ถ้าเกิดความร้อนอาจจะทำให้ความถี่ผิดเพี้ยน หรือเสียหายได้ วงจรที่ประกอบขึ้นมาจากอะไหลเก่า ๆ สัญญาณ OUTPUT จากการทดลอง เมื่อประกอบวงจรเสร็จพร้อมใช้งาน ลองนำไปวางใกล้ ๆ เครื่องรับ (ต้นแบบผลิตความถี่ 27 MHz) ผลปรากฏว่า เครื่องรับสามารถรับสัญญาณได้ดี ลองปรับไปโหมด CW แล้วลองใส่คีย์ที่วงจร Oscillator เสียงที่ออกมาใส่เจ๋วเลยครับ ปรากฏการณ์เพียซโซอิเล็กทริก (Piezoelectric Effect) คือปรากฏการทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นขณะที่ผลึก Crystal ถูกกดอัด ถูกขยาย หรือถูกบิดให้ผิดจากรูปร่างในสถาวะปกติ ผลึก Crystal จะจ่ายแรงดันไฟฟ้าระดับต่ำ ๆ ออกมา ในทางกลับกัน ถ้าจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้ผลึก Crystal จะทำให้ ผลึก Crystal เกิดความเปลี่ยนแปลงทางกายภาพขึ้น วงจรออสซิลเลเตอร์แบบ CRYSTAL สามารถต่อได้หลายรูปแบบ Crystal oscillators แบบ Tuned Collector Crystal oscillators แบบ Colpitts (ค่า C หาได้จาก CuF = 1/2¶ F XC) Pierce oscillator for frequencies between10 and 20 MHz. อ้างอิง http://www.neutron.rmutphysics.com/teaching-glossary/index.php?option=com_content&task=view&id=7387&Itemid=12 http://commandronestore.com/products/bw016.php http://www.patchra.net/minerals/healing/chap03.php http://www.hs8jyx.com/html/crystal_oscillator.html fivedots.coe.psu.ac.th/~montri/Teaching/2HA03_ClockGenerator.pdf