Kristalni oscilator: vezja konfiguracija frekvenca in načelo delovanja

Kristalni oscilatorji delujejo na principu obratnega piezoelektričnega učinka, pri katerem se na površini kristala uporablja izmenično napetost, kar ga privede do vibracij na njegovi naravni frekvenci. To so vibracije, ki se končno pretvorijo v oscilacije.

Ti oscilatorji so običajno izdelani iz kristala kvarca, čeprav tudi druge snovi, kot so sol Rochelle in turmalin, kažejo piezoelektričen učinek, ker je kvarc cenejši, naravno dostopen in mehansko močnejši glede na druge snovi.

V kristalnih oscilatorjih je kristal ustrezno rezan in postavljen med dve metalne plošče, kot je prikazano na Sliki 1a, katerih električni ekvivalent je prikazan na Sliki 1b. V resnici se kristal obnaša kot serijska RLC vez, sestavljena iz komponent

1. Nizkotražni upornik RS

2. Velikotražni induktor LS

3. Majhen kapacitor CS

ki bo v paraleli z kapacitancami svojih elektrod Cp.

Zaradi prisotnosti Cp bo kristal resoniral na dveh različnih frekvencah, to sta:

1. Serija resonantna frekvenca, fs ki nastane, ko serijska kapacitanca CS resonira s serijskim induktorjem LS. Na tem mestu bo impedanca kristala najmanjša in tako bo največja odzivnost. Matematični izraz za to je podan kot
   

2. Paralelna resonantna frekvenca, fp ki se pojavlja, ko reaktancija LSCS veja enaka reaktanciji paralelnega kapacitorja Cp tj. LS in CS resonirata s Cp. Na tem mestu bo impedanca kristala največja in tako bo najmanjša odzivnost. Matematično to lahko izrazimo kot
   

Obnašanje kapacitorja bo kapacitativno oba pod fS in nad fp. Vendar za frekvence, ki ležijo med fS in fp, bo obnašanje kristala induktivno. Ko pa frekvenca postane enaka paralelni resonantni frekvenči fp, bo interakcija med LS in Cp tvorila paralelno LC tank vez. Torej, kristal lahko gledamo kot kombinacijo serije in paralelne resonantne vez, zaradi česar je potrebno vez uskladiti za eden od teh dveh. Poleg tega je treba opozoriti, da bo f