Co to jest oscylator kwarcowy?
Oscylator kwarcowy jest urządzeniem służącym do przekształcania energii elektrycznej lub wytwarzania jej z energii mechanicznej. W większości przypadków oscylatory te poddawane są impulsowi elektrycznemu, który powoduje, że oscylują one z określoną częstotliwością. Częstotliwość każdego kryształu pozostaje stabilna w różnych temperaturach i ciśnieniach oraz w obecności wielu różnych materiałów i chemikaliów, co czyni go idealnym do operacji wymagających precyzyjnego pomiaru czasu w wielu okolicznościach. Urządzenia te są powszechnie stosowane w zegarkach i elektronice zarówno ze względu na ich precyzję, jak i trwałość.
Właściwości kryształowego oscylatora po raz pierwszy odkryli w 1880 r. Pierre i Jacques Curie. Ci dwaj naukowcy odkryli, że kryształy kwarcu wytwarzają ładunek elektryczny, gdy zostaną wyparte z kształtu, i zmienią swój fizyczny kształt po poddaniu się ładunkowi elektrycznemu, właściwość, którą nazwali efektem piezoelektrycznym. Eksperymenty z tymi kryształami wykazały, że oscylowały one z precyzyjną częstotliwością, gdy przepływał przez nie prąd elektryczny.
Jednym z głównych elementów oscylatora kwarcowego jest sam kryształ. Jako oscylatory można zastosować wiele różnych rodzajów kryształów, ale najczęściej stosowaną odmianą jest kwarc, który często rośnie w kontrolowanych warunkach, zanim zostanie pocięty i użyty jako oscylator. Kryształ jest cięty na cienki plasterek lub kształt kamertonu, a następnie umieszczany między dwiema przewodzącymi płytkami metalowymi. Kiedy prąd przepływa przez urządzenie, kryształ zaczyna rozszerzać się i kurczyć, lub oscylować, z określoną częstotliwością. Wzmacniacz podłączony do oscylatora kwarcowego zwiększa moc wyjściową urządzenia, które można następnie wykorzystać do pomiaru czasu procesów mechanicznych lub elektrycznych.
Stabilność częstotliwości oscylatora kwarcowego czyni go idealnym do zastosowania w zegarkach i elektronice. Kryształ kwarcu jest używany do kontrolowania czasu zegarków od momentu odkrycia efektu piezoelektrycznego. Zegarki z tymi oscylatorami są znane z tego, że są w stanie wytrzymać zmiany temperatury i ciśnienia oraz zachować dokładność przez długi czas.
W elektronice oscylatory kwarcowe są często stosowane w komputerach, telefonach komórkowych i radiach. Kryształy są przydatne w tych urządzeniach ze względu na precyzję ich oscylacji, co pozwala na wykorzystanie kryształu do odfiltrowania niepożądanych częstotliwości. Oscylator kwarcowy również rozszerza się i kurczy głównie wzdłuż jednej osi, co zapewnia urządzeniu niewielkie przesunięcie fazowe. Te dwie cechy dają mu możliwość precyzyjnego pomiaru czasu procesu i utrzymania silnego sygnału, przy czym obie cechy sprawiają, że idealnie nadaje się do zastosowania w elektronice.