क्रिस्टल ऑसिलेटर प्रतिलोम पायेरोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सिद्धांत पर काम करते हैं, जिसमें क्रिस्टल की सतहों पर लगाए गए वैद्युत वोल्टेज के कारण यह अपनी प्राकृतिक आवृत्ति पर कंपन करता है। यही कंपन अंत में ऑसिलेशन में परिवर्तित होते हैं।
ये ऑसिलेटर आमतौर पर क्वार्ट्ज क्रिस्टल से बनाए जाते हैं, हालांकि रोचेल साल्ट और टूरमालिन जैसी अन्य पदार्थों में भी पायेरोइलेक्ट्रिक प्रभाव पाया जाता है, क्योंकि क्वार्ट्ज अन्य की तुलना में सस्ता, प्राकृतिक रूप से उपलब्ध और यांत्रिक रूप से मजबूत होता है।
क्रिस्टल ऑसिलेटर में, क्रिस्टल को उचित रूप से काटा जाता है और दो धातु की प्लेटों के बीच लगाया जाता है, जैसा कि चित्र 1a द्वारा दिखाया गया है, जिसका विद्युत समतुल्य चित्र 1b द्वारा दिखाया गया है। वास्तव में, क्रिस्टल एक श्रृंखला RLC सर्किट की तरह व्यवहार करता है, जो इन घटकों से बना होता है
एक कम मूल्य वाला प्रतिरोध RS
एक बड़ा मूल्य वाला इंडक्टर LS
एक छोटा मूल्य वाला कैपेसिटर CS
जो इसके इलेक्ट्रोड्स की क्षमता Cp के साथ समानांतर में होंगे।
Cp की उपस्थिति के कारण, क्रिस्टल दो अलग-अलग आवृत्तियों पर रिझोनेट करेगा, जैसे,
श्रृंखला रिझोनेंट आवृत्ति, fs जो तब होती है जब श्रृंखला कैपेसिटेंस CS श्रृंखला इंडक्टेंस LS के साथ रिझोनेट करता है। इस स्थिति में, क्रिस्टल का इम्पीडेंस सबसे कम होता है और इसलिए फीडबैक की मात्रा सबसे अधिक होती है। इसके लिए गणितीय व्यंजक निम्नलिखित दिया गया है
समानांतर रिझोनेंट आवृत्ति, fp जो तब प्रदर्शित होती है जब रिएक्टेंस LSCS पैर की रिएक्टेंस समानांतर कैपेसिटर Cp के बराबर होती है, अर्थात् LS और CS Cp के साथ रिझोनेट करते हैं। इस समय, क्रिस्टल का इम्पीडेंस सबसे अधिक होता है और इसलिए फीडबैक सबसे कम होता है। गणितीय रूप से इसे निम्नलिखित दिया गया है
कैपेसिटर का व्यवहार fS से नीचे और fp से ऊपर दोनों के लिए कैपेसिटिव होगा। हालांकि, fS और fp के बीच की आवृत्तियों के लिए, क्रिस्टल का व्यवहार इंडक्टिव होगा। आगे, जब आवृत्ति समानांतर रिझोनेंट आवृत्ति fp के बराबर हो जाती है, तो LS और Cp के बीच का इंटरक्शन एक समानांतर ट्यून्ड LC टैंक सर्किट बनाता है। इसलिए, एक क्रिस्टल को श्रृंखला और समानांतर ट्यून्ड रिझोनेंस सर्किटों के संयोजन के रूप में देखा जा सकता है, जिसके कारण आपको इन दो में से किसी एक के लिए सर्किट ट्यून करना होगा। इसके अलावा, यह ध्यान देने योग्य है कि fp fs से अधिक होगा और दोनों के बीच की निकटता को क्रिस्टल के कट और उपयोग में आने वाले आयामों द्वारा निर्धारित किया जाएगा।
क्रिस्टल ऑसिलेटर ऐसे डिजाइन किए जा सकते हैं कि जब वे श्रृंखला-रिझोनेंट मोड (चित्र 2a) में काम करते हैं तो वे कम इम्पीडेंस प्रदान करें और जब वे एंटी-रिझोनेंट या समानांतर रिझोनेंट मोड (चित्र 2b) में काम करते हैं तो वे उच्च इम्पीडेंस प्रदान करें।
दिखाए गए सर्किट में, प्रतिरोध R1 और R2 वोल्टेज डिवाइडर नेटवर्क बनाते हैं, जबकि एमिटर प्रतिरोध RE सर्किट को स्थिर करता है। आगे, CE (चित्र 2a) AC बायपास कैपेसिटर के रूप में कार्य करता है, जबकि कप्लिंग कैपेसिटर CC (चित्र 2a) कोलेक्टर और बेस टर्मिनल के बीच DC सिग्नल के प्रसारण को रोकने के लिए उपयोग किया जाता है।
अगला, कैपेसिटर C1 और C2 चित्र 2b के मामले में कैपेसिटिव वोल्टेज डिवाइडर नेटवर्क बनाते हैं। इसके अलावा, सर्किट में (चित्र 2a और 2b दोनों में) एक रेडियो फ्रीक्वेंसी कोइल (RFC) भी होती है, जो डीसी बायस और एसी सिग्नल पर आधारित विद्युत लाइनों से सर्किट आउटपुट को मुक्त करने के दोनों लाभ प्रदान करती है।
ऑसिलेटर को विद्युत आपूर्ति प्रदान करने पर, सर्किट में ऑसिलेशन की तीव्रता बढ़ती जाती है, जब तक कि एम्प्लिफायर में गैर-रेखीयता लूप गेन को इकाई तक कम नहीं कर देती है।
अगला, स्थिर अवस्था पर पहुंचने पर, पीडबैक लूप में क्रिस्टल ऑपरेटिंग सर्किट की आवृत्ति पर बहुत प्रभाव डालता है। आगे, यहाँ, आवृत्ति ऐसे स्व-समायोजित होगी ताकि क्रिस्टल को सर्किट के लिए एक रिएक्टेंस प्रदान करने की अनुमति दी जाए, जिससे बार्कहाउसन फेज आवश्यकता पूरी हो।
आम तौर पर, क्रिस्टल ऑसिलेटरों की आवृत्ति क्रिस्टल की मूल या विशेष आवृत्ति पर निर्धारित की जाती है, ज
