Che cos'è un oscillatore a cristallo?
Un oscillatore a cristallo è un dispositivo utilizzato per trasformare l'energia elettrica in o produrla da energia meccanica. Nella maggior parte dei casi, questi oscillatori sono sottoposti a un impulso elettrico che li fa oscillare a una frequenza precisa. La frequenza di ciascun cristallo rimane stabile a una varietà di temperature e pressioni e in presenza di molti materiali e sostanze chimiche diversi, rendendolo ideale per operazioni che richiedono tempi precisi in molte circostanze. Questi dispositivi sono comunemente usati negli orologi e nell'elettronica sia per la loro precisione che per la loro durata.
Le proprietà dell'oscillatore a cristallo furono scoperte per la prima volta nel 1880 da Pierre e Jacques Curie. Questi due scienziati hanno scoperto che i cristalli di quarzo producono una carica elettrica quando vengono forzati e cambiano la loro forma fisica quando sottoposti a una carica elettrica, una proprietà che hanno chiamato l'effetto piezoelettrico. Esperimenti con questi cristalli hanno mostrato che essi oscillavano con una frequenza precisa quando la corrente elettrica li attraversava.
Uno dei componenti principali di un oscillatore a cristallo è il cristallo stesso. Molti tipi diversi di cristalli possono essere usati come oscillatori, ma la varietà più comunemente usata è il quarzo, che viene spesso coltivato in circostanze controllate prima di essere tagliato e usato come oscillatore. Il cristallo viene tagliato in una fetta sottile o nella forma di un diapason e quindi posizionato tra due piastre metalliche conduttive. Quando la corrente viene fatta passare attraverso il dispositivo, il cristallo inizia ad espandersi e contrarsi, o oscillare, con una frequenza precisa. Un amplificatore collegato all'oscillatore a cristallo aumenta l'uscita del dispositivo che può quindi essere utilizzato per cronometrare i processi meccanici o elettrici.
La stabilità della frequenza di un oscillatore a cristallo lo rende ideale per l'uso in orologi ed elettronica. Il cristallo di quarzo è stato utilizzato per controllare i tempi degli orologi sin da subito dopo la scoperta dell'effetto piezoelettrico. Gli orologi con questi oscillatori sono noti per la loro capacità di resistere alle variazioni di temperatura e pressione e di rimanere precisi per lunghi periodi di tempo.
In elettronica, gli oscillatori a cristallo sono spesso utilizzati in computer, telefoni cellulari e radio. I cristalli sono utili in questi dispositivi a causa della precisione della loro oscillazione, che consente al cristallo di essere utilizzato per filtrare le frequenze indesiderate. L'oscillatore a cristallo si espande e si contrae principalmente lungo un asse, il che conferisce al dispositivo uno spostamento di fase basso. Queste due qualità gli danno la possibilità di programmare con precisione un processo e di mantenere un segnale forte, entrambe qualità che lo rendono ideale per l'uso in elettronica.