Пирсов осцилатор

Пирсов осцилатор је врста електронског осцилатора, нарочито погодан за употребу у осцилаторним колима са пизоелектричним кристалима. Назван по свом проналазачу, Џорџу Пирсу (1872-1956), Пирсов осцилатор је модификована форма Колпицовог осцилатора. У дигиталној електроници се често користи као форма кварцног осцилатора. Коло може бити имплементирано уз коришћење минималног броја компоненти: једним дигиталним инвертором, два отпорника,два кондензатора и кварц кристалом, који дјелује као веома селективан филтар елемент.

Поједностављена шема Пирсовог осцилатора

Ниска производна цијена овог кола и изузетна стабилност фреквенције кварц кристала, дају му предност над осталим врстама кола у многим примјенама потрошачке електронике.

Операција

Функција

Р1 дјелује као отпорник у повратној спрези, утиче на инвертор у линеарном подручју рада и ефективно га покреће да функционише као инвертујући појачавач са високим појачањем.Да би се ово видјело,треба претпоставити да је инвертор идеалан са бесконачном улазном импендансом и нултом излазном импедансом. Отпорник утиче тако да улазни и излазни напон буду једнаки.Отуда инвертор неће бити ни потпуно укључен нити потпуно искључен, али ће радити у прелазној области, гдје има појачање.

Пирсов осцилатор

Резонатор

Кристал у комбинацији са C1 и C2 формира пи мрежу филтра пропусника опсега учестаности, што обезбјеђује фазни помак од 180 степени и напонско појачање од излаза до улаза на приближно резонантној фреквенцији кристала. Да би се схватила ова функција,треба имати на уму да је на тој фреквенцији осциловања,кристал индуктиван. Дакле, може се сматрати пригушницом великог фактора доброте (Q). Комбинација фазног помака од 180 степени (тј. инвертујућег појачања) од пи мреже и негативног појачања од инвертора, резултује позитивним појачањем (позитивна повратна спрега), чинећи тачку коју одређује Р1 нестабилном и доводи до осциловања.

Изолацијски отпорник

Руан Лоуренс строго препоручује серију отпорника Rs између инвертора и кристала. Серија отпорника Rs смањује могућност аликвотних осцилација и може да побољша вријеме покретања. Други отпорник се може користити између излаза инвертора и кристала, како би се инвертор изоловао од кристалне мреже.Ово би такође проузроковало додатни фазни помак код C1.

Капацитивно оптерећење

Укупна капацитивност виђена са тачке гледишта кристала у остатак кола се зове „капацитивно оптерећење“. Кад произвођач прави „паралелни“ кристал, техничар прилагођава Пирсов осцилатор промјенљивим кондезатором (најчешће 18 или 20 pF) ,да би подесио да кристал осцилује на тачно оној фреквенцији која је записана на паковању.

Да би се осигурао рад на исправној фреквенцији, морају се поклапати капацитивност у колу са вриједностима наведеним у подацима о кристалу. Капацитивно оптерећење CL се може израчунати из серијске комбинације C1 и C2 , узимајући у обзир Ci и Co, улазни и излазни капацитет инвертора, и Cs, паразитну капацитивност осцилатора, и ПЦБ распоред.

$C_{L}=\left[{\frac {[C_{1}+C_{i}]\times [C_{2}+C_{o}]}{[C_{1}+C_{i}+C_{2}+C_{o}]}}\right]+C_{S}$

Када се „серијски“ кристал користи у Пирсовом осцилатору, Пирсов осцилатор (као и увијек) доводи кристал на приближно своју паралелну резонантну фреквенцију. Али, та фреквенција је за неколико кило-херца већа од серијске резонантне фреквенције одштампане на паковању „серијског“ кристала. Повећавањем „капацитивног оптерећења“ незнатно се смањује фреквенција коју генерише Пирсов осцилатор, али никада довољно да га смањи до серијске резонантне фреквенције.