Почему кварцевые генераторы используются в часах вместо цепей RLC?

Время кварцевых часов регулируется кварцевым генератором . Этот кварцевый генератор эффективно формирует цепь RLC. Если это так, то какими свойствами обладает кварцевый генератор, который делает его более выгодным по сравнению со схемой RLC?

Кристаллические осцилляторы гораздо более точные, они маленькие, имеют низкие температурные коэффициенты и низкий дрейф при низких затратах.

Кристалл кварца - это механический резонатор с особенно стабильными свойствами. Кварц является очень стабильным материалом - он не «стареет» и не сильно меняется с температурой. Также возможно приготовить кварц, чтобы он был очень чистым и имел постоянные свойства. Кварц также слегка пьезоэлектрический - электрическое поле вызывает отклонение, а отклонение генерирует электрический заряд.

При правильной резке (с определенной ориентацией относительно осей кристалла) и правильной установке механические свойства (в основном жесткость) не зависят от температуры. Контакты на кристалле означают, что механическая вибрация генерирует электрический заряд, и при правильной настройке (с усилителем) можно заставить резонировать всю систему со стабильной частотой.

Электрически это можно смоделировать как сеть RLC с аналогичными свойствами. Значения RLC могут быть удивительными - как правило, доли fF емкости и много генри индуктивности.

Хотя кварцевый кристалл можно смоделировать как схему RLC, это не то, чем он является на самом деле.
Разрез и размеры кристалла обуславливают его резонанс на определенной частоте, и это может быть гораздо более точно определено, чем схема, состоящая из дискретных R, L и C.

Причина в точности. Для конденсаторов 2% считается очень хорошим допуском. Я не уверен насчет индукторов, но я ожидаю, что это похоже. Резисторы лучше, чем конденсаторы или катушки индуктивности, но вы не можете создать генератор только с резисторами.

Чтобы поставить эти числа в перспективе: 1% эквивалентен 36 секундам в час или 14 минутам и 24 секундам в день, что было бы совершенно недопустимой точностью для часов.

По моему опыту, вместо замены компонентов RLC генератора добавляется кристалл . Причина, по которой он «добавлен», заключается в том, чтобы задавать и поддерживать заданную частоту более точно, чем при использовании только компонентов RLC. Причина, по которой кристалл обеспечивает большую точность, заключается в том, что он может быть изготовлен с «более жесткими» допусками, чем компоненты RLC, и его электрические характеристики с высоким Q.

Кристаллический генератор обладает свойствами дешевизны с точки зрения сложности схемы и цены за единицу, что делает его выгодным по сравнению со схемой RLC. Схема RLC требует больше деталей и регулировок. При правильной разработке и калибровке часы RLC столь же точны, как часы кварцевого генератора. Это все о стоимости и размере.