最後に購入したコンピューターについて考えてみましょう。それはラップトップ、デスクトップ、それとも Raspberry Piのようなもっと珍しいものでしたか?新しいコンピューターのコンピューティング タスク実行能力は、その機能や仕様の多くによって決まりますが、最も重要な要素の1つはクロック速度です。この速度はヘルツ (Hz)、つまり1秒あたりのサイクル数で測定されます (コンピューターの世界ではメガヘルツやギガヘルツで測定されます)。通常、この周波数は水晶発振器と呼ばれるデバイスによって設定されます。
電子発振器は、設定された時間間隔で信号を出力するデバイスとして分類できます。たとえば、時計の振り子は1秒間に1回前後に揺れ、1 Hzの周波数で振動します。音叉を使って約440Hzで「歌う」発振器を作ることもできます。
しかし、現代の電子機器では、より高度な方法が必要です。より低周波数の発振器も利用可能ですが、無線周波数 (RF) 範囲がおよそ100 kHz ～ 100 GHzの発振器によく遭遇します。以下でいくつかのオプションについて説明します。
発振器の種類: 調和発振器と水晶発振器
調和発振器または線形発振器は、時間の経過とともに信号が予測可能なレベルで増加および減少する正弦波出力を生成します。基本的なタイプは、RC (抵抗器/コンデンサ回路) とLC (インダクタ/コンデンサ回路) の2つです。
1.RC回路は低周波数に最適です。
2.LC回路は高周波に適しています。
どちらの回路タイプも、補完的なコンポーネントの配置を使用して振動出力を生成します。他の発振器と同様に、プロセス中の損失を補うために電力がシステムに戻されます。
このデバイスの3番目のクラスは水晶発振器と呼ばれ、電圧が加えられると機械的に歪む水晶を振動子として使用します。電圧が停止すると、水晶は元の形状に戻り、電界を生成して、抵抗器、インダクタ、コンデンサ回路 (RLC) として機能するようになります。これは最も一般的なタイプの線形発振器であり、RLCは上の画像のような小さな金属ユニット内によく見られます。
RLCは次のようなデバイスで使用されています。
- 電子時計
- コンピューター
- 無線機器
- Arduinoボード
これらの発振器は非常に安定しており、原子時計への移行前には（米国の）国立標準局が公式時刻を定めるために使用していました。クォーツ技術は進歩を続け、より手頃な価格になり、クォーツ危機またはクォーツ革命を引き起こしました。この時代には、電子時計と時計製造が機械式時計に大きく取って代わりました。
電子機器におけるその他のタイプの発振器
- 負性抵抗発振器 は共振器の内部損失を打ち消すため、能動増幅素子を必要としません。これらの発振器は、アプリケーションで高速発振が必要な場合に最適です。
- 緩和発振器 は、非正弦波出力を生成するエネルギー貯蔵要素で構成されていますが、非線形スイッチングデバイスも追加されています。このデバイスは、方形波やのこぎり波信号など、さまざまな種類の出力形状を生成できます。
- 電圧制御発振器 (VCO)は、入力電圧または電流に応じて出力周波数を変化させることができます。
発振器にはさまざまな実装と速度のものがあります。適切なコンポーネントを組み合わせることで、発振器はデバイスやアプリケーション向けのカスタム ソリューションを提供することもできます。どのような実装であっても、ニーズに合った既製のソリューション、またはすぐに構築できるソリューションが見つかるはずです。