Hva er en kvartsoscillator?
En kvartsoscillator er en elektronisk krets som genererer et signal med en frekvens bestemt av en kvartskrystall dannet av silisium og oksygen. Den piezoelektriske egenskapen til kvarts gjør den til en veldig god resonator fra titalls Kilohertz (KHz) til hundrevis av Megahertz (MHz). En kvarts krystalloscillator er vanligvis designet for å operere med bare en nøyaktig frekvens. Disse oscillatorene brukes til å lage stabile frekvenser i mobiltelefoner, GPS-mottakere (Global Positioning System) og toveis radioer. De brukes også til presis tidtaking i klokker, datamaskiner og annet elektronisk utstyr.
En krystall av piezoelektrisk materiale som kvarts kan endre form litt når en spenning tilføres en elektrode på krystallen. Når denne spenningen er fjernet, kan krystallen gå tilbake til sin opprinnelige form og generere en spenning mens den gjør det. Denne egenskapen ble oppdaget i 1880 og kalt piezoelektrisitet, og er avgjørende for driften av en oscillator. Eksperimenter ble utført med forskjellige krystallmaterialer over tid og den første kvartsoscillatoren ble samlet på slutten av 1910-tallet. Siden 1920-tallet har kvartskrystalloscillatorer blitt brukt ofte i klokker, så vel som amatør, kommersielt og militært radioutstyr.
Når en kvartsoscillator først blir slått på, introduserer kretsen et tilfeldig støysignal til krystallen. Noe av den støyen vil alltid være på krystallens resonansfrekvens, noe som får krystallen til å svinge. Spenningen produsert av krystallen når den endrer form forsterkes av kvartsoscillatorkretsen og føres tilbake til krystallresonatoren. Når denne prosessen gjentas, vil signalene i krystallets begrensede frekvensbånd bli sterkere mens andre frekvenser blir filtrert ut. Når denne "oppvarmingsperioden" er fullført, vil oscillatoren fungere nøyaktig med sin utformede frekvens.
Formen, størrelsen og snittet på en kvartskrystall bestemmer hvor raskt den utvides og trekker seg sammen. En kvartsoscillator kan operere med denne hastigheten, kalt resonansfrekvensen. Den kan også operere med en overtonefrekvens, som er en multiplum av resonansfrekvensen. Mens kvartskrystaller forekommer naturlig i miljøet, produseres et veldig stort antall for å øke utbyttet og tilførselen av fysisk anvendelige krystaller.
Frekvensutgangen fra en kvartsoscillator kan påvirkes av en rekke eksterne faktorer, inkludert temperatur og til og med plutselig akselerasjon. Stråling vil også påvirke frekvensen, enten det er fra kosmiske stråler i et romskip, røntgenstråler eller en puls av ioniserende stråling. Noen av disse faktorene kan kompenseres med ekstra kretsløp som overvåker forholdene og justerer oscillatorutgangen deretter. Noen kvartsoscillatorer inkluderer en nøyaktig kontrollert ovn med krystallen inni for å kompensere for temperaturendringer. Kvartskrystaller kan også "feies" eller herdes mot stråling ved å bake dem i en spesialisert atmosfære og elektrisk felt.