Kuvars Osilatör Nedir?

Bir kuvars osilatörü, silikon ve oksijenden oluşan bir kuvars kristali tarafından belirlenen bir frekansta sinyal üreten bir elektronik devredir. Kuvarsın piezoelektrik özelliği, onlarca Kilohertz'den (KHz) yüzlerce Megahertz'e (MHz) çok iyi bir rezonatör olmasını sağlıyor. Bir kuvars kristali osilatörü tipik olarak sadece tek bir kesin frekansta çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu osilatörler, cep telefonlarında, Global Konumlandırma Sistemindeki (GPS) alıcılarda ve iki yönlü telsizlerde sabit frekanslar oluşturmak için kullanılır. Ayrıca saatlerde, bilgisayarlarda ve diğer elektronik cihazlarda hassas zaman tutma için kullanılırlar.

Kuvars gibi bir piezoelektrik malzeme kristali, kristal üzerindeki bir elektroda bir voltaj uygulandığında hafifçe şekil değiştirebilir. Bu voltaj bir kez alındığında, kristal orijinal şekline dönebilir ve olduğu gibi bir voltaj üretebilir. 1880'de keşfedilen ve piezoelektrik olarak adlandırılan bu özellik, bir osilatörün çalışması için kritik öneme sahiptir. Zaman içinde farklı kristal malzemelerle deneyler yapıldı ve ilk kuvars osilatör 1910'ların sonlarında toplandı. 1920'lerden bu yana, kuvars kristali osilatörleri saatlerin yanı sıra amatör, ticari ve askeri telsiz cihazlarında da sıkça kullanılmaktadır.

Bir kuvars osilatörü ilk çalıştırıldığında, devre kristali rastgele bir gürültü sinyali verir. Bu gürültünün bir kısmı daima kristalin salınımına neden olan kristalin rezonans frekansında olacaktır. Kristalin şekli değiştikçe ürettiği voltaj, kuvars osilatör devresi tarafından yükseltilir ve kristal rezonatöre geri beslenir. Bu işlem tekrarlanırken, kristalin sınırlı frekans bandındaki sinyaller güçlenirken diğer frekanslar filtrelenir. Bu "ısınma" süresi tamamlandığında, osilatör tam olarak tasarlanan frekansında çalışacaktır.

Bir kuvars kristalinin şekli, boyutu ve kesmesi ne kadar hızlı genişleyeceğini ve büzüleceğini belirler. Bir kuvars osilatör, rezonans frekansı olarak adlandırılan bu hızda çalışabilir. Aynı zamanda rezonans frekansının bir katı olan bir üst ton frekansında da çalışabilir. Çevrede kuvars kristalleri doğal olarak meydana gelirken, fiziksel olarak kullanılabilir kristallerin verimini ve arzını artırmak için çok sayıda üretilir.

Bir kuvars osilatörünün frekans çıkışı, sıcaklık ve hatta ani hızlanma dahil çeşitli dış faktörlerden etkilenebilir. Radyasyon ayrıca, bir uzay aracındaki kozmik ışınlardan, X ışınlarından veya iyonlaştırıcı radyasyondan bir darbe olup olmadığını da etkiler. Bu faktörlerin bazıları, koşulları izleyen ve osilatör çıkışını buna göre ayarlayan ekstra devre ile telafi edilebilir. Bazı kuvars osilatörleri, sıcaklık değişimlerini telafi etmek için içinde kristal bulunan tam kontrollü bir fırın içerir. Kuvars kristalleri ayrıca özel bir atmosferde ve elektriksel alanda pişirilerek "süpürülebilir" veya radyasyona karşı sertleştirilebilir.