¿Cómo funciona un cristal de cuarzo?

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¿Podrías explicar cómo funciona un cristal de cuarzo, quizás con un esquema simple con las cosas esenciales? Sé que actúa como una especie de estabilizador para un oscilador, pero nada más que eso.

    
pregunta Stefano Borini 04.10.2010 - 00:03

4 respuestas

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El cuarzo es un material piezoeléctrico, lo que significa que si lo deformas mecánicamente, desarrolla cargas en su superficie. De manera similar, si coloca cargas en su superficie, causa tensión mecánica en el cristal. La forma en que un cristal de cuarzo beneficia a un circuito es que mecánicamente el cristal actúa como un diapasón, con una frecuencia de resonancia natural, y la propiedad piezoeléctrica permite que se acople a un circuito electrónico. Dado que la frecuencia de resonancia está determinada principalmente por el tamaño físico y la forma del cuarzo, se obtiene una referencia de frecuencia que es mucho menos sensible a la temperatura que la que obtendría utilizando solo circuitos LC.

    
respondido por el JustJeff 04.10.2010 - 00:50
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Ya hay dos respuestas geniales, así que intentaré dar una explicación diferente de lo mismo.

Fondo

Entonces, en un oscilador Pierce tienes un sistema digital conectado a un oscilador de cristal.

Es probable que haya visto cómo las puertas lógicas cambian de estado, con un tiempo de subida específico. Si dedicas tiempo a aprender sobre Compatibilidad Electromagnética o simplemente design digital de alta velocidad (el mejor libro existente es el de Johnson ), aprenderá que esto puede considerarse como un amplio rango de frecuencias.

Lo que hace el cristal

Hay dos formas de ver lo que hace el cristal, desde el dominio de la frecuencia y desde el dominio del tiempo. Comenzaré con el dominio de la frecuencia debido a las preferencias personales. Presiono a todos los ingenieros eléctricos con los que trabajo para que estén en casa con el dominio de la frecuencia; muchos problemas se vuelven simples aquí, y las respuestas complicadas tienen un significado.

Dominio de frecuencia

Desde la perspectiva del dominio de la frecuencia, un cristal es un filtro a una frecuencia muy específica con un factor Q (calidad) muy alto. Esto significa que de todas esas frecuencias que generas, solo permites la específica que permite el cristal.

Dominio de tiempo

La otra forma es pensar en una puerta atada sobre sí misma. Si no hubiera nada allí, crearía una onda cuadrada con una frecuencia igual a la demora, pero esta frecuencia no es extremadamente confiable, y también variará en función de muchos parámetros de fabricación. Aquí es donde el cristal lo afecta. Si el cristal tiene un borde ascendente colocado sobre él, solo "pasará" la señal a la frecuencia seleccionada. De repente, la onda cuadrada de 100MHz se convierte en una onda de seno de 20MHz debido al cristal.

Un pequeño pensamiento extra

Me pregunto por qué los osciladores tiran tanta corriente? Usted está cargando y descargando la capacitancia en el circuito del oscilador 20 millones de veces por segundo. Además, para todos los ciclos de reloj, muchos transistores en su circuito hacen lo mismo. Si no necesita velocidad, un oscilador de 32 KHz cuesta muy poco en energía en los microcontroladores.

Hazme saber si puedo ser más claro.

    
respondido por el Kortuk 04.10.2010 - 19:10
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De Wikipedia :

  

Un cristal oscilador tiene dos placas eléctricamente conductoras, con una horquilla de afinación o afinación de cristal de cuarzo intercalada entre ellas. Durante el inicio, el circuito alrededor del cristal le aplica una señal de CA de ruido aleatorio, y solo por casualidad, una pequeña fracción del ruido estará en la frecuencia resonante del cristal. Por lo tanto, el cristal comenzará a oscilar en sincronía con esa señal. A medida que el oscilador amplifica las señales que salen del cristal, las señales en la banda de frecuencia del cristal se harán más fuertes y, finalmente, dominarán la salida del oscilador. La estrecha banda de resonancia del cristal de cuarzo filtra todas las frecuencias no deseadas.

    
respondido por el conorgriffin 04.10.2010 - 00:21
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Me gustaría mencionar algunas características adicionales, bastante importantes:

  • El cuarzo se puede operar en series , así como en la operación resonante paralela (sin embargo, ambas frecuencias resonantes están muy cerca unas de otras);

  • En algunas aplicaciones (en particular para osciladores basados en transistores como el tipo Pierce), el cuarzo no se usa como un circuito resonante, sino como un inductor de alta calidad .

respondido por el LvW 16.03.2015 - 12:51

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