Oscilatorul

2. Oscilatoare controlate cu cuarţ

2.1. Cuarţul ca rezonator piezoelectric

Fig. 1 .Cristal cu cuarţ

În prezent, pentru obţinerea oscilaţiilor cu frecvenţă stabilă de la circa 1kHz până la peste 200MHz, de departe cele mai utilizate sunt oscilatoarele controlate cu cuarţ.

Cuarţul este bioxid de siliciu cristalizat romboedric cu trei axe de simetrie - Fig. 1. Cuarţul se găseşte în natură sau poate fi crescut artificial.

Din cristal se taie plăcuţe paralelipipedice sau cilindrice, care se metalizează

pe feţe opuse şi se utilizează ca rezonatori.

Cuarţul prezintă fenomenul piezoelectric direct - la aplicarea unei solicitări mecanice pe două feţe opuse, pe celelalte două apar sarcini electrice şi fenomenul piezoelectric invers - la aplicarea unei diferenţe de potenţial între două feţe opuse, apar deformări mecanice elastice. Dacă tensiunea aplicată variază periodic, deformarea se produce de asemenea periodic - este o oscilaţie mecanică a unui corp elastic care prezintă frecvenţe proprii caracteristice, determinate de forma, dimensiunile şi modul de oscilaţie al plăcuţelor. Efectul piezoelectric presupune schimb de energie electrică şi mecanică. Dacă frecvenţa tensiunii aplicate coincide cu una dintre frecvenţele proprii de oscilaţie mecanică are loc un fenomen de rezonanţă; oscilaţiile mecanice au loc cu pierderi foarte mici de energie, datorate frecărilor interne, astfel încât sistemul mecanic (cuarţul), extrage din sistemul electric cantităţi foarte mici de energie, necesare compensării pierderilor. Astfel, cuarţul se comportă ca un circuit rezonant cu pierderi foarte mici, deci cu Q foarte mare. Aceasta însuşire, împreună cu marea stabilitate a frecvenţelor proprii, preţul redus, dimensiunile mici şi gama foarte largă a frecvenţelor la care pot fi folosiţi, fac din rezonatorii cu cuarţ cel mai utilizat mijloc de stabilizare a frecvenţei oscilatorilor electronici.

Fig. 2.Montarea rezonatorilor cu cuarţ (a )- cu pelicula de aer (b)- prin lipire (c)-cu lame elastice (d) –capsule

Din cristal se taie plăcuţe cu faţa mai mare perpendiculară pe axa electrică Y; în funcţie de unghiul faţă de axa optică Z, tăieturile poartă diverse denumiri: AT, BT, GT, ..., diferind prin modul de oscilaţie mecanică şi alte însuşiri. Plăcuţele se plasează între armături metalice: folii (plăci) sau metalizări cu pelicule de argint iar ansamblul se prinde între contacte, în funcţie de dimensiuni şi mod de oscilaţie - Fig. diferite moduri (Fig. 3.18). Dimensiunile plăcuţelor sunt cu atât mai mici cu cât frecvenţa oscilaţiei este mai mare. La frecvenţe peste 500kHz oscilaţiile au loc în grosime; deoarece greu se pot realiza. plăcuţe mai subţiri de . 0,1mm, frecvenţa proprie fundamentală nu depăşeşte 15 – 30MHZ.