¿Qué es un Oscilador de Cristal?
Un oscilador de cristal es una unidad pasiva que consiste en un cristal de cuarzo que vibra a una frecuencia específica. También se le conoce como elemento piezoeléctrico debido a su capacidad de generar una carga eléctrica cuando se aplica presión mecánica. En un principio, se utilizaban cristales de cuarzo naturales, pero debido a la creciente demanda, se han reemplazado con cristales de cuarzo sintéticos, como el dióxido de silicio, el titanato de bario y la sal de Rochelle.
Estos elementos piezoeléctricos se combinan con circuitos de oscilación y se incorporan en una amplia variedad de dispositivos electrónicos, como teléfonos móviles, televisores, cámaras digitales, automóviles y equipos médicos. El grosor y el método de corte del cristal de cuarzo pueden variar según la frecuencia requerida. Por ejemplo, el método de corte conocido como “corte AT” permite obtener cristales de cuarzo con una amplia gama de frecuencias, desde 1 hasta 300 MHz, y que funcionan en diferentes rangos de temperatura.
Principio de los Osciladores de Cristal
El funcionamiento de los osciladores de cristal se basa en el fenómeno piezoeléctrico, que es la generación de una carga eléctrica en respuesta a la aplicación de una presión mecánica en ciertas direcciones de un material piezoeléctrico. En el caso de los cristales de cuarzo, cuando se aplica una corriente eléctrica a través de ellos, experimentan una deformación periódica debido al cambio de fase de la corriente. Esta deformación periódica genera vibraciones en el cristal de cuarzo.
Los osciladores de cristal aprovechan estas vibraciones para generar una señal eléctrica de frecuencia estable y precisa. La frecuencia de oscilación del cristal está determinada por su estructura cristalina y sus dimensiones físicas, como el grosor y la forma de corte. Al utilizar cristales de cuarzo con propiedades piezoeléctricas bien definidas, se puede lograr una precisión en la frecuencia de oscilación del orden de partes por millón (ppm), lo que los hace muy adecuados para aplicaciones que requieren una alta estabilidad de frecuencia.
Usos de los Osciladores de Cristal de Cuarzo
Los osciladores de cristal de cuarzo se utilizan en una amplia variedad de equipos electrónicos debido a su estabilidad y precisión en la generación de frecuencias. Se emplean en dispositivos de consumo como relojes, teléfonos móviles, televisores y cámaras digitales, así como en equipos más especializados como automóviles y equipos médicos. Además, su tamaño compacto y su bajo consumo de energía los hacen ideales para integrar en circuitos electrónicos de diversos dispositivos.
Los osciladores de cristales comúnmente utilizados se cortan muy finos, con un grosor de entre 20 y 50 micrómetros. Además, en la superficie de la placa de los osciladores de cristales se fijan electrodos para su conexión a terminales y electrodos externos. El grosor y la superficie de corte del cristal varían en función de la función que se requiera del Osciladores de Cristales.
Frecuencia de los Osciladores de Cristal
La frecuencia de una unidad de osciladores de cristales varía dependiendo de la forma en que el cristal es cortado y el grosor del cristal, con cristales más delgados para uso en frecuencias más altas y cristales más gruesos para uso en frecuencias más bajas. La frecuencia también varía en función del método de corte, por ejemplo, con el método “AT-cut” se pueden obtener osciladores de cristales que se pueden utilizar en un amplio rango de temperaturas, correspondientes a frecuencias entre 1 y 300 megahercios.
Otros métodos con ángulos de corte diferentes, conocidos como “corte BT”, cubren una gama de frecuencias de 7-38 MHz, y la cantidad de cambio de frecuencia en relación con la temperatura también es diferente en comparación con el corte AT. Los osciladores de cristales recortados en forma de diapasón corresponden a 32,768 kilohercios y se utilizan en relojes.
Capacidad de Carga
Cuando se incorpora un oscilador de cristal a un circuito, es necesario igualar la capacitancia de carga del circuito y del oscilador de cristal. La capacitancia de carga es el valor de la capacitancia equivalente en serie virtual cuando se mira el circuito de oscilación desde el lado de los osciladores de cristales. La variación de frecuencia en respuesta a cambios en la capacitancia de carga varía según el valor de la capacitancia de carga, por lo que es necesario incorporar una unidad de cristal con una capacitancia de carga adecuada para estabilizar el circuito.
Cuando se utiliza realmente un oscilador de cristal s, los valores de frecuencia de oscilación, desviación de tolerancia y capacitancia de carga del oscilador de cristal se utilizan como base para la adaptación en el circuito. Sin embargo, en un circuito real, hay capacitancias parásitas generadas por diversos factores, que pueden causar desviaciones de la capacitancia de carga nominal de la unidad de cristal. Por lo tanto, después de determinar la diferencia entre la frecuencia de oscilación cuando se incorpora en el circuito y la frecuencia de oscilación de la capacitancia de carga estándar, la capacitancia del circuito se ajusta afinando la capacitancia para que la diferencia se aproxime a cero.