Vad är en kristalloscillator?
En kristalloscillator är en anordning som används för att omvandla elektrisk energi till eller producera den från mekanisk energi. I de flesta fall utsätts dessa oscillatorer för en elektrisk impuls som får dem att svänga vid en exakt frekvens. Frekvensen för varje kristall förblir stabil vid olika temperaturer och tryck och i närvaro av många olika material och kemikalier, vilket gör den idealisk för operationer som kräver exakt tidtagning under många omständigheter. Dessa enheter används ofta i klockor och elektronik både för deras precision och hållbarhet.
Kristalloscillatorns egenskaper upptäcktes först 1880 av Pierre och Jacques Curie. Dessa två forskare upptäckte att kvartskristaller kommer att producera en elektrisk laddning när de tvingas ur formen och kommer att förändra deras fysiska form när de utsätts för en elektrisk laddning, en egenskap som de kallade den piezoelektriska effekten. Experiment med dessa kristaller visade att de oscillerade med en exakt frekvens när elektrisk ström passerade genom dem.
En av huvudkomponenterna i en kristalloscillator är själva kristallen. Många olika typer av kristaller kan användas som oscillatorer, men den vanligaste sorten är kvarts, som ofta odlas under kontrollerade omständigheter innan den skärs och används som en oscillator. Kristallen skärs i en tunn skiva eller i form av en avstämningsgaffel och placeras sedan mellan två ledande metallplattor. När ström passeras genom enheten börjar kristallen att expandera och sammandragas, eller svänga, vid en exakt frekvens. En förstärkare ansluten till kristalloscillatorn ökar utgången från anordningen som sedan kan användas för att tidsbestämma mekaniska eller elektriska processer.
Stabiliteten hos en kristalloscillatorfrekvens gör den idealisk för användning i klockor och elektronik. Kvartskristall har använts för att kontrollera tidpunkten för klockor sedan strax efter upptäckten av den piezoelektriska effekten. Klockor med dessa oscillatorer är kända för sin förmåga att motstå temperatur- och tryckförändringar och för att vara noggranna under långa tidsperioder.
Inom elektronik används kristalloscillatorer ofta i datorer, mobiltelefoner och radioapparater. Kristallerna är användbara i dessa anordningar på grund av precisionen i deras svängning, vilket gör att kristallen kan användas för att filtrera bort oönskade frekvenser. Kristalloscillatorn expanderar och sammandras också huvudsakligen längs en axel, vilket ger enheten en låg fasförskjutning. Dessa två egenskaper ger det förmågan att tyda en process exakt och att upprätthålla en stark signal, båda egenskaper som gör den idealisk för användning i elektronik.