Oscilador de cristal
robótica
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Paula Domingues Formadora nas áreas de Eletrónica, Telecomunicações, Automação e Comando IEFP – Évora pauladomingues47@gmail.com
ELETRÓNICA INDUSTRIAL
Porque os osciladores, de uma forma geral, são pouco precisos relativamente à estabilidade da frequência de oscilação e à amplitude da tensão de saída, quando o objetivo é gerar um sinal elétrico com uma frequência precisa, o oscilador de cristal é a solução. Este componente utiliza a ressonância de um cristal, baseado no efeito piezoelétrico.
ra da lâmina, menor será a frequência de ressonância e menor será também a sua fragilidade. Existem, no mercado, osciladores a cristal com uma frequência entre os 10 KHz e os 100 MHz. Os osciladores de cristal podem ter variações de frequência de 0,0001%, enquanto os osciladores do tipo LC podem ter variações de frequência até 1%.
Lâmina de cristal de quartzo Figura 1. Oscilador a cristal.
EFEITO PIEZOELÉTRICO Existem, na natureza, elementos que têm a propriedade de gerar uma tensão elétrica, a partir de uma tensão mecânica que lhes é aplicada. De uma forma inversa, se lhes for aplicada uma tensão mecânica, estes elementos vibram e conduzem uma corrente elétrica. Esta propriedade pode ser obtida através de sais de Rochelle, turmalina e cristais de quartzo e é designada por efeito piezoelétrico. Graças à sua rigidez mecânica e ao seu custo, são os cristais de quartzo os mais utilizados. O efeito piezoelétrico tem inúmeras aplicações no quotidiano. Através deste efeito é possível gerar tensões, e frequências, produzir e detetar sons, entre outros. Os isqueiros eletrónicos, os microfones, os alarmes, as agulhas dos gira-discos, são apenas alguns objetos que funcionam, baseados neste efeito, convertendo uma energia mecânica em energia elétrica. Já os sensores de ultrassons, os alto-falantes e os nebulizadores são objetos que também funcionam com base no efeito piezoelétrico, porém, convertem a energia elétrica em energia mecânica.
CONSTITUIÇÃO DO CRISTAL DE QUARTZO O cristal de quartzo é uma estrutura na qual os átomos estão dispostos de uma forma ordenada que se repete em toda a sua extensão. O oscilador a cristal é constituído por uma lâmina de cristal, que é extraída a um cristal, na sua forma natural, à qual são adicionados 2 contactos elétricos conetados a placas metálicas. A espessura da lâmina de cristal vai definir a frequência de ressonância do mesmo, sendo que, quanto maior for a espessu-
Placa elétrica conetada a um contacto metálico
Simbologia do oscilador a cristal
Figura 2. Constituição do oscilador a cristal.
Figura 3. Simbologia do oscilador a cristal.
MODELO EQUIVALENTE DO CRISTAL Um oscilador a cristal pode ser representado por um modelo equivalente, um circuito RLC série, em paralelo com um condensador. A bobine L1 e o condensador C1 do ramo série são equivalentes à massa e à ductilidade do cristal. A resistência R1 é o equivalente elétrico do atrito interno na estrutura do cristal. A capacidade do condensador no ramo paralelo, C2, é o equivalente elétrico do encapsulamento do cristal.
L1
R1
C1
1mH
1KO
470 μF
C2 470 μF Figura 4. Modelo equivalente do cristal.