Para los cristales oscilantes MHz, se utiliza la llamada "oscilación fundamental" o un armónico (normalmente el tercer o quinto armónico ). El factor decisivo aquí es el modo mecánico de vibración del cristal de cuarzo, que se basa en el efecto piezoeléctrico del cuarzo. En la gama de MHz, el modofundamental (disponible en PETERMANN-TECHNIK GmbH hasta 285 MHz) se utiliza normalmente en el modo decizallamiento de espesor.
Modo de oscilación en el rango de MHz: Oscilador de cizalladura de espesor (modo de cizalladura planar)
¿Qué ocurre en el proceso?
El cristal de cuarzo se esmerila y se corta (normalmente corte AT) de tal manera que oscila en un determinado modo de empuje cuando se aplica una tensión alterna en la gama de MHz. El cuarzo no se mueve en sentido longitudinal o transversal a la superficie, sino que la oscilación tiene lugar en el plano del cristal, es decir, como un "cizallamiento" lateral.
El movimiento resultante recuerda al de dos placas superpuestas que se desplazan una contra otra: es el movimiento de "cizallamiento".
Funcionamiento detallado
- Corte AT:
- El cristal de cuarzo se corta en un ángulo específico con respecto al eje del cristal (aproximadamente 35°15' con respecto al eje Z).
- Este corte especial produce la forma de oscilación deseada (modo de cizallamiento) y garantiza la estabilidad de la temperatura en el rango de MHz.
- Aplicación de una tensión alterna:
- Los electrodos situados a ambos lados del cuarzo generan un campo eléctrico a través del cristal.
- Debido al efecto piezoeléctrico, el cristal se deforma mecánicamente (comienza a vibrar) en cuanto se aplica una tensión.
- La oscilación mecánica genera a su vez una tensión eléctrica: un efecto de autorrefuerzo en la frecuencia de resonancia.
- Resonancia en la gama de MHz:
- El grosor del cristal de cuarzo determina la frecuencia de resonancia (a 10 MHz, por ejemplo, el grosor es de aproximadamente 0,33 mm).
- La frecuencia fundamental es la frecuencia natural más baja posible a la que el cuarzo resuena en modo cizallamiento.
¿Por qué esta forma concreta de vibración?
Razón | Explicación |
Buena estabilidad de frecuencia | La sección AT tiene un comportamiento de frecuencia de temperatura plano a temperatura ambiente hasta aproximadamente 70 °C. |
Transferencia de energía eficiente | El modo de cizallamiento se acopla bien con el campo eléctrico y pierde poca energía. |
Baja atenuación en el rango de MHz | La oscilación es mecánicamente estable y tiene un alto factor de calidad (factor Q). |
Pequeño tamaño posible | La relación grosor-frecuencia permite realizar altas frecuencias con cuarzo delgado. |
Algunos cristales de la gama superior de MHz (por ejemplo, 30 MHz, 50 MHz) utilizan el 3er o 5º armónico del mismo modo de oscilación. Por tanto, oscilan a un múltiplo de la frecuencia fundamental.
¿Por qué?
- La fabricación de cristales de cuarzo muy finos para frecuencias fundamentales altas es mecánicamente difícil.
- En su lugar, se utilizan cristales más gruesos en un armónico superior, más fáciles de fabricar, pero que requieren circuitos especiales.
Conclusión
En la gama de MHz, la oscilación fundamental se utiliza en el modo de oscilación de cizalladura de espesor porque
alta estabilidad de frecuencia,
buena calidad (bajas pérdidas),
insensibilidad a la temperatura,
y acoplamiento eléctrico eficaz.
Estas propiedades la hacen ideal para generadores de reloj precisos, que se utilizan hoy en día en todas las aplicaciones del sector electrónico.
Una nota de nuestra parte: Gracias a nuestros diseños de resonadores fundamentales, podemos suministrar frecuencias fundamentales de hasta 285 MHz - véase aquí: https://www.petermann-technik.de/produkte/quarz-konfigurator.html.
