¿Qué son los Osciladores?
Los osciladores son objetos que vibran. Puede incluir circuitos mecánicos o eléctricos y otros objetos que vibran eléctricamente. En algunos casos, los objetos que vibran se modelan y teorizan como osciladores.
Usos de los Osciladores
Los cristales de cuarzo se utilizan ampliamente en circuitos electrónicos en una gran variedad de productos electrónicos. Las señales de reloj son esenciales en los circuitos electrónicos. Una señal de reloj es una señal que oscila regularmente a una frecuencia determinada para que los distintos elementos de un circuito electrónico puedan enviar y recibir señales al mismo tiempo.
Cuando las vibraciones se convierten en electricidad y se extraen de un cristal de cuarzo, se puede obtener una señal eléctrica que oscila regularmente, que es una señal alterna con una frecuencia única. Cuando se utilizan en circuitos electrónicos, los cristales de cuarzo suelen emplearse como osciladores de cristal en circuitos integrados empaquetados que incluyen una unidad de cristal además de un resonador de cuarzo.
Los cristales de cuarzo se caracterizan por ser componentes de efecto piezoeléctrico que vibran con regularidad. Además de fuentes de reloj, se utilizan en equipos electrónicos en diversas aplicaciones, como fuentes de referencia para producir ondas portadoras para la comunicación.
Principio de los Osciladores
1. Efecto Piezoeléctrico
Los cristales de cuarzo son un componente electrónico muy utilizado como unidad de cristal. La razón es que el cristal de cuarzo tiene un efecto piezoeléctrico.
El efecto piezoeléctrico es la generación de electricidad cuando se aplica presión mecánica a un cristal. Aplicar presión a un cristal provoca un cambio en la disposición de los iones dentro del cristal, lo que a su vez crea un sesgo en la carga eléctrica.
Los cristales y cerámicas con efecto piezoeléctrico también se deforman cuando se les aplica un campo eléctrico. Este efecto es el “efecto piezoeléctrico inverso”. También existen otros tipos de osciladores que utilizan el efecto piezoeléctrico de la cerámica.
Los cristales de cuarzo son más caros que los de cerámica, pero debido a su altísima precisión de oscilación, suelen utilizarse cuando se requieren circuitos osciladores de alta precisión.
2. Recorte de Cristales de Cuarzo
Los cristales de cuarzo sintéticos permiten obtener cristales de cuarzo cristalizados de gran pureza. El ángulo con el que se recorta el cristal en relación con su eje determina las características de temperatura y los modos de vibración con respecto a la frecuencia. El tipo de corte AT es la forma más típica de cortar cristales de cuarzo.
El tipo AT-cut puede obtener características de oscilación con poca desviación en un amplio rango de temperaturas, y se utiliza a menudo para producir frecuencias de oscilación en la banda de MHz. Los osciladores de tipo AT-cut se caracterizan porque la frecuencia de oscilación viene determinada por el grosor del cristal. La frecuencia de oscilación es inversamente proporcional al grosor del cristal.
f0=1,67×n/t
*f0: Frecuencia de oscilación, n: Orden de armónicos, t: espesor (mm)
Como se desprende de la ecuación anterior, por ejemplo, si la frecuencia de oscilación requerida es alta, debe reducirse el grosor de la unidad de cristal AT-cut. Por lo general, cuanto más delgados son los osciladores, más fácil es la oscilación, pero se reduce la resistencia mecánica. Por lo tanto, es importante seleccionar una unidad de cristal teniendo en cuenta la frecuencia de oscilación necesaria, las dimensiones de la unidad de cristal y la facilidad de oscilación.
Tipos de Osciladores
La unidad de cristal más utilizada como componente electrónico es la unidad de cristal de cuarzo. Los osciladores están hechos de cristal de cuarzo, un tipo de cuarzo, y muchos están hechos de cristales de cuarzo sintéticos. Además, a menudo se utilizan cristales cerámicos de bajo coste.
Los osciladores de ultrasonidos pertenecen a la familia de los cristales. Los osciladores convierten una corriente de alta frecuencia emitida por un circuito de oscilación en vibraciones ultrasónicas. Se utilizan en máquinas de limpieza por ultrasonidos y máquinas de soldadura por ultrasonidos.
Los cristales de cuarzo se producen llenando cristales naturales y una solución alcalina en un recipiente a presión de alta presión en un horno de crecimiento llamado autoclave. Este método es la síntesis hidrotermal.
Además de osciladores reales, existen osciladores virtuales que se montan virtualmente para la construcción de la teoría. Cuando las vibraciones son monovibracionales, se denominan osciladores armónicos; cuando son otras vibraciones, se denominan osciladores anarmónicos.