Che cosa è un oscillatore al quarzo?

Un oscillatore a quarzo è un circuito elettronico che genera un segnale ad una frequenza determinata da un cristallo di quarzo formata da silicio e ossigeno. La proprietà di quarzo piezoelettrico rende un'ottima risonatore da decine di kilohertz (KHz) per centinaia di megahertz (MHz). Un oscillatore a cristallo di quarzo è tipicamente progettato per funzionare ad una sola frequenza precisa. Questi oscillatori sono usati per creare le frequenze stabili nei telefoni cellulari, Global Positioning System (GPS) e ricevitori radio a due vie. Essi sono utilizzati anche per cronometraggio preciso in orologi, computer e altre apparecchiature elettroniche.

Un cristallo di materiale piezoelettrico, come quarzo può cambiare forma leggermente quando una tensione viene applicata ad un elettrodo sul cristallo. Una volta che la tensione viene rimossa, il cristallo può ritornare alla sua forma originale e generare una tensione come lo fa. Scoperto nel 1880 e chiamato piezoelettricità, questa struttura è fondamentale per il funzionamento di un oscillatore. Gli esperimenti sono stati condotti con differenti materiali di cristallo nel tempo e il primo oscillatore al quarzo è stato assemblato alla fine 1910. Dal 1920, oscillatori di cristallo di quarzo sono stati spesso utilizzati in orologi così come dilettante, commerciale e militare apparecchiature radio.

Quando un oscillatore al quarzo prima accensione, il circuito introduce un segnale casuale rumore al cristallo. Alcuni di che il rumore sarà sempre alla frequenza di risonanza del cristallo, che causa il cristallo di oscillare. La tensione prodotta dal cristallo come cambia forma è amplificato dal circuito oscillatore al quarzo e reintrodotta risonatore cristallo. Poiché questo processo si ripete, i segnali all'interno di banda di frequenza limitata del cristallo diventerà più forte, mentre altre frequenze saranno filtrati. Dopo questo periodo di "warm-up" è completa, l'oscillatore opererà precisamente alla sua frequenza progettato.

La forma, le dimensioni e il taglio di un cristallo di quarzo determinare quanto rapidamente si espande e si contrae. Un oscillatore a quarzo può operare a questa velocità, chiamato sua frequenza di risonanza. Può anche funzionare ad una frequenza armonica, che è un multiplo della frequenza di risonanza. Mentre cristalli di quarzo verificano naturalmente nell'ambiente, un numero molto elevato sono fabbricati in modo da aumentare il rendimento e la fornitura di cristalli fisicamente utilizzabili.

L'uscita in frequenza da un oscillatore al quarzo può essere influenzata da una varietà di fattori esterni quali la temperatura e anche un'accelerazione improvvisa. Radiazione anche influenzare la frequenza, sia dai raggi cosmici in un veicolo spaziale, raggi X o un impulso di radiazioni ionizzanti. Alcuni di questi fattori può essere compensato con un circuito addizionale che monitora le condizioni e regola l'uscita dell'oscillatore di conseguenza. Alcuni oscillatori al quarzo includono un forno precisamente controllato con il cristallo all'interno per compensare le variazioni di temperatura. Cristalli di quarzo possono anche essere "spazzato" o induriti contro le radiazioni da loro cottura in un'atmosfera specializzata e campo elettrico.

  • Il quarzo è il minerale più abbondante sulla Terra.