Principio del oscilador de cristal de cuarzo

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Entiendo que el oscilador de cristal de cuarzo es bastante bueno, pero hay dos cosas con las que no estoy claro:

  • Cuando se comprime la oblea de cristal de cuarzo, en ese punto, ¿genera una capacidad de corriente ilimitada? ¿O tiene que expandirse por la misma cantidad que se apretó para producir nuevamente la misma cantidad de corriente pero en dirección inversa?

  • ¿Cómo genera realmente alguna frecuencia de resonancia (por ejemplo, 16MHz) con XO? Quiero decir que si lo balanceas mecánicamente (expandiéndolo y apretándolo) con una frecuencia a lo largo del eje x, generará la misma frecuencia a lo largo del eje y, ¿no es así?

pregunta Keno

1 respuesta

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El cuarzo no genera corriente en absoluto. La aplicación de tensión a un material piezoeléctrico hace que aparezca un campo eléctrico a través de él. (Y viceversa, si aplica un campo eléctrico, aparecerá una tensión). Ese campo puede conducir la corriente a través de un circuito externo, pero como la impedancia de la fuente es efectivamente infinita, la carga total está limitada básicamente por la capacitancia de los electrodos. . Cuando se ha movido suficiente carga, el campo eléctrico resultante a través de los electrodos cancela el campo original producido por el cristal. En otras palabras, por cada cambio de paso en la tensión aplicada al cristal (ya sea aumentando o disminuyendo), verá un correspondiente impulso estrecho de corriente en el circuito externo.

La resonancia eléctrica es causada por el intercambio de energía entre el circuito eléctrico y la flexión mecánica del cristal. El cristal tiene una forma tal que tiene una sola frecuencia bien definida en la que "suena". La masa, la rigidez y las dimensiones del cristal determinan la frecuencia y su definición ("Q" o factor de calidad). Se puede demostrar que esta resonancia mecánica es equivalente a un circuito eléctrico que consiste en una bobina y un condensador en serie (ignorando los efectos parásitos por el momento). Debido a la alta rigidez del cuarzo, la inductancia efectiva suele ser muy alta, cientos o incluso miles de henries, y la capacitancia efectiva es muy baja, unas pocas femto-faradias. Sería imposible construir un circuito con estas características por cualquier otro medio.

Cuando usas un cristal como elemento resonante en un circuito oscilador, el circuito preferirá fuertemente oscilar a la frecuencia resonante del cristal, porque la realimentación de todas las demás frecuencias será fuertemente atenuada por la impedancia de resonancia de el cristal.

    
respondido por el Dave Tweed

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