kristallresonatorer

Kristallresonatorer är passiva elektroniska komponenter som utnyttjar kvartsens piezoelektriska effekt för att vibrera vid en mycket stabil frekvens. De används som frekvensreferenser i oscillatorer och utgör kärnkomponenter i klockor, radiokommunikation och annan elektronik som kräver noggrann tids- eller frekvenshållning.

En kristallresonator består oftast av en tunn kvartsplatta med elektroder. När en växelspänning appliceras orsakar plattan mekanisk vibrering i en bestämd resonansfrekvens. Frekvensen bestäms av kristallens cut (till exempel AT-cut eller BT-cut), dess tjocklek och dimensioner samt elektrodens geometri. Övertonevariationer gör att högre frekvenser kan uppnås utan att byta material. Kristaller förekommer i olika kapslingar, inklusive genomgående hål (HC-49/U) och moderna SMD-paket som 3225 eller liknande storlekar.

Kristallresonatorer kännetecknas av hög Q-faktor, låg åldringshastighet och god frekvensstabilitet. Temperaturen påverkar frekvensen hos otempererade kristaller, vilket ofta kräver temperaturkompensering eller temperaturkontroll. Genom användning av särskilda kutt och temperaturskyddade konstruktioner kan stabiliteten förbättras avsevärt och ge prestanda som TCXO- eller OCXO-liknande.

Användningar inkluderar tidsreferenser i mikroprocessorer och mikrokontroller, kommunikationsutrustning, GPS-mottagare samt övriga system där en noggrann referensfrekvens behövs. Vid val av kristallresonator beaktas nominalfrekvens, resonansläge (fundamental eller overtone), lastkapacitans (CL), ESR, tolerans, åldringshastighet samt lämplig kapsling och temperaturkompensation.

Historiskt blev kvartsresonatorer standard under mitten av 1900-talet tack vare sin kombination av noggrannhet, liten storlek och lågt energibehov. En vanlig tillämpning är 32,768 kHz-kristaller i tidsklockor, medan högre frekvenser används i kommunikation och dator- och nätverksutrustning.