Oscilador de cristal para niños
Datos para niños Oscilador de cristal |
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 Varios osciladores piezoeléctricos.
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Un oscilador de cristal es un tipo de oscilador electrónico. Utiliza la vibración natural de un cristal hecho de un material especial, llamado piezoeléctrico, para producir una señal eléctrica muy precisa. Esta señal tiene una frecuencia (velocidad de las ondas) muy exacta.
La frecuencia de esta señal se usa para muchas cosas. Por ejemplo, ayuda a que los relojes de cuarzo marquen la hora con gran exactitud. También proporciona una señal estable para los circuitos integrados en aparatos digitales. Además, es clave para que los transmisores y receptores de radio mantengan sus frecuencias estables.
El material piezoeléctrico más común para estos osciladores es el cristal de cuarzo. Por eso, a menudo se les llama simplemente osciladores de cristal. Sin embargo, existen otros materiales, como ciertas cerámicas, que también se usan en circuitos similares.
Un oscilador de cristal, especialmente uno con cuarzo, funciona de una manera muy interesante. Cuando se aplica voltaje a un electrodo cerca del cristal, este se deforma un poco. Esta propiedad se conoce como electrostricción o piezoelectricidad inversa. Cuando se quita el voltaje, el cuarzo vuelve a su forma original. Al hacerlo, vibra a una frecuencia muy precisa y genera una pequeña señal eléctrica. Es como si el cristal se comportara como un circuito especial, pero con una capacidad mucho mayor para mantener una señal limpia y estable.
Los cristales de cuarzo se fabrican para funcionar en un amplio rango de frecuencias. Pueden ir desde unas pocas decenas de kilohercios (miles de vibraciones por segundo) hasta cientos de megahercios (millones de vibraciones por segundo). Cada año se producen más de dos mil millones de osciladores de cristal. La mayoría se usan en aparatos que usamos a diario, como relojes de pulsera, relojes de pared, radios, ordenadores y teléfonos móviles. También se encuentran en equipos de laboratorio, como contadores y osciloscopios.
Contenido
¿Cómo surgieron los osciladores de cristal?
La piezoelectricidad, que es la capacidad de algunos materiales de generar electricidad al ser presionados o deformados, fue descubierta por Jacques y Pierre Curie en 1880. Más tarde, Paul Langevin investigó el uso de cristales de cuarzo para el sonar durante la Primera Guerra Mundial.
El primer oscilador controlado por un cristal fue creado en 1917 y patentado en 1918 por Alexander M. Nicholson de los Laboratorios Bell. Sin embargo, Walter Guyton Cady también construyó un oscilador de cristal de cuarzo en 1921. Otros pioneros en este campo fueron G. W. Pierce y Louis Essen.
La importancia de la precisión en la radio
Los osciladores de cristal de cuarzo se desarrollaron mucho en las décadas de 1920 y 1930 para lograr una gran estabilidad en las frecuencias. Antes de los cristales, las estaciones de radio usaban otros circuitos que podían cambiar su frecuencia fácilmente. Esto causaba interferencias entre estaciones cercanas.
En 1925, una estación de radio llamada KDKA instaló un oscilador de cristal. Para 1926, muchos programas de radio ya usaban cristales de cuarzo para controlar su frecuencia. También se hicieron muy populares entre los aficionados a la radio.
Los relojes de cuarzo: un gran avance
En 1928, Warren Marrison de los Laboratorios Bell creó el primer reloj de cristal de cuarzo. Estos relojes eran increíblemente precisos, con un error de solo 1 segundo en 30 años. Esto los convirtió en los relojes más exactos del mundo, superando a los relojes de péndulo de precisión. Mantuvieron este título hasta que se inventaron los relojes atómicos en la década de 1950.
Producción y evolución de los cristales
Varias empresas comenzaron a fabricar cristales de cuarzo para la electrónica en esa época. Durante la Segunda Guerra Mundial, la mayoría de los cristales se obtenían de cuarzo natural de Brasil. La gran demanda de cristales para sistemas de radio y radar militares durante la guerra impulsó la investigación. Así, en 1950, los Laboratorios Bell desarrollaron un método para cultivar cuarzo sintético a gran escala. Para la década de 1970, casi todos los cristales usados en electrónica eran sintéticos.
En 1968, Juergen Staudte inventó un proceso que permitía fabricar osciladores de cristal de cuarzo muy pequeños. Esto hizo posible usarlos en dispositivos portátiles como los relojes de pulsera.
Aunque los osciladores de cristal siguen usando cuarzo, cada vez se utilizan más otros materiales, como los resonadores cerámicos.
¿Qué hace especiales a los osciladores de cristal?
Los osciladores de cristal son conocidos por dos características importantes:
- Estabilidad de frecuencia: Su señal eléctrica mantiene una frecuencia muy constante, sin cambios.
- Pureza de fase: La señal que producen es muy limpia y sin ruidos.
La frecuencia de estos osciladores se mantiene estable incluso si el voltaje de la energía cambia. La forma en que la frecuencia se ve afectada por la temperatura depende del cristal. Sin embargo, para los cristales de cuarzo, un cambio típico es de solo 0.005% de su valor a 25 °C, en un rango de 0 a 70 °C.
Estos osciladores permiten un pequeño ajuste de su frecuencia. Esto se logra usando un componente llamado condensador junto al cristal. Este ajuste es útil en algunos tipos de osciladores, como los VCO, para modificar su señal de salida.
Véase también
En inglés: Crystal oscillator Facts for Kids
- Oscilador
- Piezoelectricidad
