Resonadores de cuarzo: propósito, aplicación, principio de acción, características de uso.
¿Para qué sirven los resonadores de cuarzo?
La electrónica digital moderna, completa con microprocesadores y microcontroladores, es simplemente impensable sin oscilaciones de reloj. Y donde se obtienen las oscilaciones del reloj está el funcionamiento del generador y del sistema oscilante, y donde está el sistema oscilante aparecerá necesariamente tanto el fenómeno de resonancia como un parámetro tan importante como el factor de calidad. Aquí se nos presenta a los resonadores de cuarzo (osciladores).
El resonador de cuarzo (cuarzo) es un generador de oscilaciones electromagnéticas con un alto grado de constancia de frecuencia, que aprovecha las propiedades piezoeléctricas y mecánicas de la placa de cuarzo.
Según el principio de funcionamiento, un resonador de cuarzo es un oscilador con estabilización de frecuencia de cuarzo. Dichos generadores se utilizan como un generador maestro altamente estable en equipos de medición, estándares de frecuencia y tiempo, relojes de cuarzo, así como en diversos equipos electrónicos.
La desventaja de los resonadores de cuarzo es que solo puede generar a frecuencias fijas determinadas por la frecuencia resonante del cuarzo, y prácticamente no permite sintonizar frecuencias.
Todos los circuitos resonadores de cuarzo se dividen en dos grandes grupos según la resonancia de cuarzo (paralela o serie) que se utilice en ellos. Los más extendidos son los circuitos resonadores de cuarzo, en los que el cuarzo opera cerca de su frecuencia de resonancia paralela.
Así, un resonador de cuarzo en un circuito electrónico es una alternativa inmejorable a cualquier circuito oscilanteformado por un condensador y un inductor. La salida es el factor Q más alto de los resonadores de cuarzo. Mientras que un buen circuito LC alcanza un factor Q de 300, el factor Q de un resonador de cuarzo puede alcanzar hasta 10 000 000. Como puede ver, la superioridad es decenas de miles de veces. Por lo tanto, ningún circuito oscilante puede compararse con un resonador de cuarzo en términos de factor Q.
No hace falta decir sobre el efecto de la temperatura en la frecuencia de resonancia. La frecuencia de resonancia del mismo circuito oscilante depende en gran medida del TKE (coeficiente de temperatura de capacitancia) del capacitor que ingresa. El cuarzo, por otro lado, tiene una estabilidad de temperatura muy alta, por esta razón los resonadores de cuarzo mantienen firmemente sus posiciones como fuentes de oscilación para generadores de frecuencia de reloj para varios propósitos.
Cómo funciona un resonador de cuarzo
Para entender cómo funciona y funciona un resonador de cuarzo, basta recordar qué es efecto piezoeléctrico… Imagine una losa de cuarzo de baja temperatura (dióxido de silicio) cortada de un cristal de cierta manera.El ángulo en el que se corta una oblea del cristal determina las propiedades electromecánicas del resonador que se produce. Los electrodos ahora se unen a esta placa en ambos lados depositando capas de níquel, platino, oro o plata, y se les unen cables sólidos. Toda la estructura se coloca en una pequeña carcasa sellada.
Así, se obtuvo un sistema electromecánico oscilante, que tiene (por las características naturales del cuarzo de baja temperatura) un efecto piezoeléctrico y tiene su propia frecuencia resonante.
Si ahora se aplica un voltaje alterno a los electrodos, cuya frecuencia está cerca de la frecuencia de resonancia del sistema oscilante resultante, entonces la placa comenzará a contraerse y expandirse mecánicamente con la máxima amplitud, y debido al efecto piezoeléctrico, cuanto más cerca Cuanto mayor sea la frecuencia de resonancia del voltaje aplicado, menor será la resistencia del resonador. Esta es la analogía de un resonador de cuarzo con un circuito oscilador de alta frecuencia. El resultado es esencialmente análogo a un circuito LC en serie.
Características de un resonador de cuarzo
Un resonador de cuarzo se puede representar en forma de un circuito equivalente, en el que C0 es la capacitancia eléctrica de montaje formada por los portacables metálicos y los electrodos. C1, L y R son la capacitancia, inductancia y resistencia activa de la placa directamente con electrodos, como un análogo de un circuito oscilante real obtenido debido a las propiedades electromecánicas de la placa.
Si excluimos la capacitancia de montaje C0 del circuito, obtendremos explícitamente un circuito oscilante en serie.En cuanto a la designación del resonador en el diagrama, parece un condensador con un rectángulo que simboliza un cristal de cuarzo entre las placas.
En el proceso de montaje y desmontaje de resonadores de cuarzo en placas mediante soldadura, debe recordarse que el sobrecalentamiento del cuarzo por encima de 573 ° C conlleva la pérdida de las propiedades piezoeléctricas del cristal.