O que é um oscilador de quartzo?

Um oscilador de quartzo é um circuito eletrônico que gera um sinal em uma frequência determinada por um cristal de quartzo formado a partir de silício e oxigênio. A propriedade piezoelétrica do quartzo o torna um ressonador muito bom, de dezenas de quilohertz (KHz) a centenas de megahertz (MHz). Um oscilador de cristal de quartzo é normalmente projetado para operar em uma única frequência precisa. Esses osciladores são usados ​​para criar frequências estáveis ​​em telefones celulares, receptores GPS (Global Positioning System) e rádios bidirecionais. Eles também são usados ​​para cronometragem precisa em relógios, computadores e outros equipamentos eletrônicos.

Um cristal de material piezoelétrico, como o quartzo, pode mudar ligeiramente de forma quando uma voltagem é aplicada a um eletrodo no cristal. Uma vez que a tensão é removida, o cristal pode retornar à sua forma original e gerar uma tensão enquanto o faz. Descoberta em 1880 e denominada piezoeletricidade, essa propriedade é crítica para a operação de um oscilador. As experiências foram realizadas com diferentes materiais de cristal ao longo do tempo e o primeiro oscilador de quartzo foi montado no final da década de 1910. Desde a década de 1920, os osciladores de cristal de quartzo são usados ​​com freqüência em relógios, bem como em equipamentos de rádio amador, comercial e militar.

Quando um oscilador de quartzo é ligado pela primeira vez, o circuito introduz um sinal de ruído aleatório no cristal. Parte desse ruído sempre estará na frequência ressonante do cristal, o que faz com que o cristal oscile. A tensão produzida pelo cristal à medida que muda de forma é amplificada pelo circuito do oscilador de quartzo e devolvida ao ressonador do cristal. À medida que esse processo se repete, os sinais na banda de frequência limitada do cristal se tornam mais fortes, enquanto outras frequências são filtradas. Quando esse período de "aquecimento" estiver concluído, o oscilador estará operando com precisão na frequência projetada.

A forma, tamanho e corte de um cristal de quartzo determinam a rapidez com que ele se expande e se contrai. Um oscilador de quartzo pode operar nessa taxa, chamada frequência ressonante. Também pode operar com uma frequência de overtone, que é um múltiplo da frequência ressonante. Enquanto os cristais de quartzo ocorrem naturalmente no ambiente, um número muito grande é fabricado para aumentar o rendimento e o fornecimento de cristais fisicamente utilizáveis.

A saída de frequência de um oscilador de quartzo pode ser afetada por uma variedade de fatores externos, incluindo temperatura e até aceleração súbita. A radiação também afetará a frequência, seja de raios cósmicos em uma nave espacial, raios X ou um pulso de radiação ionizante. Alguns desses fatores podem ser compensados ​​com um circuito extra que monitora as condições e ajusta a saída do oscilador de acordo. Alguns osciladores de quartzo incluem um forno precisamente controlado com o cristal interno para compensar as mudanças de temperatura. Os cristais de quartzo também podem ser "varridos" ou endurecidos contra a radiação, cozendo-os em uma atmosfera especializada e campo elétrico.