Schema del circuito equivalente di un cristallo di quarzo oscillante

Il diagramma del circuito equivalente di un cristallo di quarzo descrive il comportamento elettrico di un cristallo di quarzo nell'intervallo delle sue frequenze di risonanza. È costituito dagli elementi motori L1, C1 e R1 e dalla capacità parallela C0. Ciò consente di capire come il cristallo di quarzo converta l'oscillazione meccanica in un modello elettrico equivalente. Questo modello è particolarmente importante per comprendere meglio la risonanza, le perdite e la capacità parassita. Per gli sviluppatori, il modello equivalente è una base fondamentale per la progettazione di circuiti a frequenza precisa.

R1 rappresenta la resistenza di risonanza e modella le perdite nel cristallo, dovute ad esempio allo smorzamento meccanico e alle perdite di conduzione. L1 rappresenta l'inerzia di massa dell'oscillazione e quindi modella elettricamente l'inerzia meccanica del cristallo. C1 è definita capacità di movimento e corrisponde alla forza elastica di ripristino nel cristallo. C0 descrive la capacità parallela tra le connessioni del quarzo, ad esempio attraverso gli elettrodi. Solo l'interazione di queste quattro variabili consente una descrizione realistica del comportamento di risonanza di un cristallo di quarzo.

I valori nel diagramma del circuito equivalente dipendono dal progetto, dalla gamma di frequenza e dal tipo di cristallo. R1 è tipicamente compreso tra pochi ohm e diverse centinaia di ohm per i cristalli di quarzo a MHz e nell'intervallo dei kOhm per i cristalli di quarzo oscillanti a kHz. C1 è solitamente compreso tra pochi fF e pF ed è quindi molto piccolo. L1 è tipicamente di pochi mH e rappresenta l'inerzia meccanica del cristallo. A seconda del cristallo, C0 è solitamente compreso tra 1 e 7 pF e ha un'influenza significativa sul comportamento tra le connessioni.

In teoria, si potrebbe anche generare una frequenza con un circuito composto da L1, C1, R1 e una capacità parallela C0. In pratica, però, questa frequenza sarebbe molto meno precisa di quella ottenuta con un vero cristallo di quarzo oscillante. Inoltre, un circuito discreto di questo tipo è complesso da realizzare e costa di più. Al contrario, i cristalli oscillanti offrono una precisione molto elevata, una lunga durata e una soluzione economica per frequenze stabili. Per questo motivo sono la scelta preferita per la generazione di orologi precisi in molte applicazioni industriali.

C0 è la cosiddetta capacità shunt e descrive la capacità elettrica tra le connessioni del quarzo. Questa capacità è creata, tra l'altro, dagli elettrodi e dalla struttura fisica del componente. Sebbene C0 sia relativamente piccola, ha un'influenza significativa sul comportamento elettrico complessivo del cristallo di quarzo. È un componente importante del modello equivalente, soprattutto quando si considera la risonanza. I valori tipici sono compresi tra 1 e 7 pF, a seconda del cristallo di quarzo.

PETERMANN-TECHNIK è specializzata in cristalli di quarzo e componenti generatori di frequenza per applicazioni industriali. L'azienda combina competenze tecniche e consigli pratici quando si tratta di comprendere e selezionare le soluzioni al quarzo più adatte. Invece di circuiti discreti equivalenti complicati e imprecisi, i clienti ricevono cristalli di quarzo precisi, durevoli ed economici. Gli esperti di frequenza di PETERMANN-TECHNIK forniscono un'assistenza rapida e diretta per telefono o via e-mail. Questo fa di PETERMANN-TECHNIK una scelta importante per le aziende che si affidano alla qualità, all'accuratezza e a un supporto affidabile quando si tratta di tecnologia di frequenza.