Wat is een kristaloscillator?
Een kristaloscillator is een apparaat dat wordt gebruikt om elektrische energie om te zetten in of te produceren uit mechanische energie. In de meeste gevallen worden deze oscillatoren onderworpen aan een elektrische impuls waardoor ze met een precieze frequentie oscilleren. De frequentie van elk kristal blijft stabiel bij verschillende temperaturen en drukken en in de aanwezigheid van veel verschillende materialen en chemicaliën, waardoor het ideaal is voor bewerkingen die onder veel omstandigheden een nauwkeurige timing vereisen. Deze apparaten worden vaak gebruikt in horloges en elektronica, zowel vanwege hun precisie als duurzaamheid.
De eigenschappen van de kristaloscillator werden voor het eerst ontdekt in 1880 door Pierre en Jacques Curie. Deze twee wetenschappers ontdekten dat kwartskristallen een elektrische lading produceren wanneer ze uit vorm worden gedwongen en hun fysieke vorm zullen veranderen wanneer ze worden onderworpen aan een elektrische lading, een eigenschap die ze het piëzo-elektrische effect noemen. Experimenten met deze kristallen toonden aan dat ze oscilleerden met een precieze frequentie wanneer er elektrische stroom doorheen werd geleid.
Een van de belangrijkste componenten van een kristaloscillator is het kristal zelf. Veel verschillende soorten kristallen kunnen worden gebruikt als oscillatoren, maar de meest gebruikte variëteit is de kwarts, die vaak wordt gekweekt onder gecontroleerde omstandigheden voordat deze wordt gesneden en gebruikt als een oscillator. Het kristal wordt in een dunne plak of in de vorm van een stemvork gesneden en vervolgens tussen twee geleidende metalen platen geplaatst. Wanneer er stroom door het apparaat wordt gevoerd, begint het kristal uit te zetten en te samentrekken of oscilleren met een precieze frequentie. Een versterker verbonden met de kristaloscillator verhoogt de output van het apparaat dat vervolgens kan worden gebruikt om mechanische of elektrische processen te timen.
De stabiliteit van de frequentie van een kristaloscillator maakt het ideaal voor gebruik in horloges en elektronica. Kwartskristal wordt al sinds de ontdekking van het piëzo-elektrische effect gebruikt om de timing van horloges te regelen. Horloges met deze oscillatoren staan bekend om hun vermogen om temperatuur- en drukveranderingen te weerstaan en langdurig nauwkeurig te blijven.
In de elektronica worden kristaloscillatoren vaak gebruikt in computers, mobiele telefoons en radio's. De kristallen zijn nuttig in deze apparaten vanwege de precisie van hun oscillatie, waardoor het kristal kan worden gebruikt om ongewenste frequenties uit te filteren. De kristaloscillator zet ook uit en trekt hoofdzakelijk samen langs één as, waardoor het apparaat een lage faseverschuiving heeft. Deze twee eigenschappen geven het de mogelijkheid om een proces nauwkeurig te timen en een sterk signaal te behouden, beide eigenschappen die het ideaal maken voor gebruik in de elektronica.