Oscillatori al quarzo
oscillatore a ponte di wien
Un oscillatore a cristallo è un circuito oscillatore elettronico che utilizza la risonanza meccanica di un cristallo vibrante di materiale piezoelettrico per creare un segnale elettrico con una frequenza costante.[1][2][3] Questa frequenza è spesso utilizzata per tenere traccia del tempo, come negli orologi da polso al quarzo, per fornire un segnale di clock stabile per circuiti integrati digitali, e per stabilizzare le frequenze per trasmettitori e ricevitori radio. Il tipo più comune di risonatore piezoelettrico utilizzato è un cristallo di quarzo, quindi i circuiti oscillatori che li incorporano sono diventati noti come oscillatori a cristallo.[1] Tuttavia, altri materiali piezoelettrici, tra cui la ceramica policristallina, sono utilizzati in circuiti simili.
Un oscillatore a cristallo si basa sul leggero cambiamento di forma di un cristallo di quarzo sotto un campo elettrico, una proprietà nota come elettrostrizione o piezoelettricità inversa. Una tensione applicata agli elettrodi sul cristallo gli fa cambiare forma; quando la tensione viene rimossa, il cristallo genera una piccola tensione mentre ritorna elasticamente alla sua forma originale. Il quarzo oscilla a una frequenza di risonanza stabile, comportandosi come un circuito RLC, ma con un fattore Q molto più alto (meno perdita di energia su ogni ciclo di oscillazione). Una volta che un cristallo di quarzo è regolato su una particolare frequenza (che è influenzata dalla massa di elettrodi attaccati al cristallo, l’orientamento del cristallo, la temperatura e altri fattori), mantiene quella frequenza con alta stabilità.[4]
oscillatore elettronico
Un oscillatore a cristallo è un circuito oscillatore elettronico che utilizza la risonanza meccanica di un cristallo vibrante di materiale piezoelettrico per creare un segnale elettrico con una frequenza costante.[1][2][3] Questa frequenza è spesso utilizzata per tenere traccia del tempo, come negli orologi da polso al quarzo, per fornire un segnale di clock stabile per circuiti integrati digitali, e per stabilizzare le frequenze per trasmettitori e ricevitori radio. Il tipo più comune di risonatore piezoelettrico utilizzato è un cristallo di quarzo, quindi i circuiti oscillatori che li incorporano sono diventati noti come oscillatori a cristallo.[1] Tuttavia, altri materiali piezoelettrici, tra cui la ceramica policristallina, sono utilizzati in circuiti simili.
Un oscillatore a cristallo si basa sul leggero cambiamento di forma di un cristallo di quarzo sotto un campo elettrico, una proprietà nota come elettrostrizione o piezoelettricità inversa. Una tensione applicata agli elettrodi sul cristallo gli fa cambiare forma; quando la tensione viene rimossa, il cristallo genera una piccola tensione mentre ritorna elasticamente alla sua forma originale. Il quarzo oscilla a una frequenza di risonanza stabile, comportandosi come un circuito RLC, ma con un fattore Q molto più alto (meno perdita di energia su ogni ciclo di oscillazione). Una volta che un cristallo di quarzo è regolato su una particolare frequenza (che è influenzata dalla massa di elettrodi attaccati al cristallo, l’orientamento del cristallo, la temperatura e altri fattori), mantiene quella frequenza con alta stabilità.[4]
frequenza dell’oscillatore a cristallo
I cristalli di quarzo hanno diverse applicazioni nell’industria elettronica. Tuttavia, sono principalmente utilizzati come risonatori nei circuiti elettronici. Il quarzo è una forma naturale di silicio. Tuttavia, è ora prodotto sinteticamente per soddisfare la crescente domanda. Presenta l’effetto piezoelettrico. Se si applica una pressione fisica su un lato, le vibrazioni risultanti generano una tensione alternata attraverso il cristallo. I risonatori di cristallo di quarzo sono disponibili in molte dimensioni a seconda delle applicazioni richieste. Se si applica una tensione alternata a un cristallo, questo provoca vibrazioni meccaniche. Il taglio e la dimensione del cristallo di quarzo determinano la frequenza di risonanza di queste vibrazioni o oscillazioni. Così, genera un segnale costante. Gli oscillatori al quarzo sono economici e facili da produrre sinteticamente. Sono disponibili nella gamma da qualche KHz a qualche MHz. Avendo un fattore di qualità superiore o fattore Q, gli oscillatori a cristallo sono notevolmente stabili rispetto al tempo e alla temperatura.Fonte: blog.mide.com
schema del circuito dell’oscillatore a cristallo
I cristalli e gli oscillatori di cristallo sono i componenti più importanti per le applicazioni di controllo della frequenza come le telecomunicazioni e la trasmissione dei dati. Le ragioni sono l’alta stabilità di frequenza, l’alto fattore di qualità della risonanza, la deriva a bassa temperatura e i prezzi ragionevoli. L’ampia gamma di oscillatori a cristallo richiede specifiche precise per garantire prestazioni ottimali. Gli oscillatori a cristallo standard o XO forniscono una stabilità di ±100ppm con tensione di alimentazione di +5V (+3.3V) in confezioni SMD DIP-14, 14mm x 9mm o 7 x 5 mm. Le applicazioni sono orologi per microprocessori e il mercato dell’elettronica di consumo. A causa delle applicazioni sensibili al prezzo, i requisiti degli oscillatori sono definiti principalmente dal tipo di cassa, dalla frequenza, dalla stabilità, dal segnale di uscita e dal range di temperatura.
Le applicazioni professionali nelle telecomunicazioni, negli strumenti di misura e nella navigazione satellitare hanno requisiti molto più elevati, come una stabilità stretta, un’uscita a bassa impedenza (HCMOS o ECL/PECL per le frequenze più alte), un basso jitter di fase e una durata molto più lunga di 15 anni e oltre. Per raggiungere una sufficiente stabilità a lungo termine, gli oscillatori completi hanno bisogno di un pre-invecchiamento e di un processo stabile di produzione del cristallo. Mentre gli oscillatori a basso costo danno solo una stabilità generale, tutti i parametri di stabilità sono chiaramente definiti per la maggior parte degli oscillatori professionali.
