Características de Osciladores de cristal

Factor de Calidad (Q)

El factor de calidad (Q) es una medida de la eficiencia de la oscilación. La máxima estabilidad obtenible de un cristal depende del valor de “Q”.

En la figura de la impedancia del cristal, la separación entre las frecuencias en serie y paralelo se llama ancho de banda. Cuanto más pequeño es el ancho de banda mayor es el “Q”.

Cambios en la reactancia del circuito externo tienen menos efecto en un cristal de alto “Q” por lo tanto, la frecuencia es en definitiva más estable. A continuación se muestra la curva de reactancia del circuito equivalente para un cristal de cuarzo.

La frecuencia de resonancia en serie está dada por:

Y la frecuenta de resonancia en paralelo está dada por:

Donde C es igual a la combinación en paralelo de Cs con Cp.

Estabilidad del cristal

La frecuencia de un oscilador tiende a cambiar ligeramente con el tiempo. Esta deriva se debe a la temperatura, el envejecimiento y otras causas.

En un oscilador de cristal, la deriva de la frecuencia con el tiempo es muy pequeña, generalmente menor que 1 ppm (parte por millón) o 0,0001 por 100 por día. Una estabilidad como esta es importante en relojes electrónicos debido a que utilizan osciladores de cristal de cuarzo como dispositivo básico de temporizador.

Al utilizar osciladores de cristal en hornos de temperatura controlada, los osciladores tienen una deriva de frecuencia menor que 1 parte por 10 a la 10 por día. Una estabilidad como esta es necesaria en estándares de frecuencia y de tiempo. Para tener una idea de tu precisión de 1 parte por 10 a la 10 recordemos que un reloj con esta deriva tardaría 300 años en adelantarse o retrasarse un segundo.

Envejecimiento

El envejecimiento se refiere a los cambios acumulativos en la frecuencia del cristal con el transcurrir del tiempo. Los factores que intervienen son: exceso en la potencia disipada, efectos térmicos, fatiga en los alambres de armado y pérdidas en la elasticidad del cristal. El diseño de circuitos considerando bajas temperaturas ambientales y mínimas potencias en el cristal reducirán el envejecimiento.

Tolerancia en la frecuencia

La tolerancia en la frecuencia se refiere a la máxima desviación permitida y se expresa en partes por millón (PPM) una temperatura especificada, usualmente 25° C.

Potencia de trabajo (Drive Level)

Es la potencia disipada por el cristal. Está normalmente especificada en micro o milivatios, siendo un valor típico 100 microvatios.

Frecuencia Fundamental vs. Frecuencia de Sobretono

Esto es de importancia cuando se especifica un cristal. Cuando se incrementa la frecuencia solicitada, el espesor del cuerpo del cristal disminuye y por supuesto existe un límite en el proceso de fabricación. Alrededor de 30 MHz, el espesor de la placa del cristal comienza a ser muy delgada.

Debido a que el corte “AT” resonará a números enteros impares múltiplos de la frecuencia fundamental, es necesario especificar el orden del sobre tono deseado para cristales de altas frecuencias.

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