Oscillatore a cristallo vs risonatore

Esistono vari risonatori che vengono utilizzati per un numero immenso di applicazioni nel campo dell'elettronica. In questo elenco di risonatori, i due materiali utilizzati principalmente sono il cristallo di quarzo e la ceramica (che produce risonatori ceramici). Il cristallo di quarzo viene utilizzato nell'oscillatore a cristallo e la ceramica viene utilizzata nel risonatore in ceramica. Entrambi hanno lo stesso scopo di generare una frequenza di oscillazione vibrando quando viene fornita loro una tensione di ingresso. Ma hanno anche alcune differenze, che li separano e di conseguenza hanno applicazioni diverse.

Cos'è l'oscillatore di cristallo?

Un oscillatore è un circuito che genera frequenza con l'aiuto di un circuito sintonizzato e quella frequenza generata è nota come frequenza oscillante. Allo stesso modo, un oscillatore a cristallo è un circuito o dispositivo elettronico che viene utilizzato per generare una frequenza stabile con l'aiuto di un cristallo invece di un circuito sintonizzato. Il cristallo quando vibra, agisce come un risonatore e di conseguenza genera una frequenza oscillata. Il circuito del risonatore utilizza un cristallo per generare l'oscillazione, portato al nome di Crystal Oscillator. Il simbolo e il circuito di un oscillatore a cristallo è mostrato di seguito:

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Cos'è un risonatore ceramico?

Simile all'oscillatore a cristallo, il risonatore ceramico è anche un circuito elettronico o un dispositivo utilizzato per generare un'uscita di frequenza di oscillazione con l'aiuto della ceramica come materiale piezoelettrico risonante. Il materiale può avere due o più elettrodi che, se collegati a un circuito oscillatore, ricevono vibrazioni meccaniche e di conseguenza viene generato un segnale oscillante di una frequenza specifica. Il circuito per il risonatore è simile a quello del Crystal Oscillator ed è come mostrato di seguito:

Quando il risonatore è in funzione, le vibrazioni meccaniche producono una tensione oscillante a causa del materiale piezoelettrico, cioè ceramica, e la tensione oscillante viene quindi collegata agli elettrodi come uscita. Il concetto inverso viene utilizzato in caso di effetto piezoelettrico inverso.

Oscillatore di cristallo vs risonatore

Sebbene entrambi abbiano la stessa procedura di lavoro e generino l'oscillazione di frequenza dell'uscita, hanno alcune differenze nelle proprietà a causa delle quali l'oscillatore ha sostituito il risonatore in molti casi, che sono:

• Gamma di frequenza - L'oscillatore a cristallo ha un fattore Q molto elevato rispetto a quello del risonatore ceramico grazie al quale l'oscillatore a cristallo ha una gamma di frequenza di 10 kHz - 100 MHz mentre la gamma di frequenza del risonatore ceramico varia da 190 kHz - 50 MHz

• Uscita - L'oscillatore a cristallo fornisce un'uscita in frequenza ad alta stabilità e il risonatore in ceramica fornisce anche un'uscita di stabilità non così buona rispetto all'oscillatore a cristallo. In termini di accuratezza della frequenza di uscita, Crystal Oscillator fornisce un output molto più accurato rispetto al risonatore ceramico per il quale parametri come la temperatura sono un elemento sensibile. La precisione per l'oscillatore è di 10ppm-1000ppm mentre per il risonatore è 0,1% - 1%.

• Effetto dovuto ai parametri - Per il risonatore ceramico, lo spessore del materiale ceramico determinerebbe la frequenza di risonanza in uscita mentre per gli oscillatori a cristallo l'uscita della frequenza di risonanza dipende dalle dimensioni, forma, elasticità e velocità del suono nel materiale. L'oscillatore a cristallo ha una dipendenza molto bassa dalla temperatura, vale a dire che sono altamente stabili anche con i cambiamenti di temperatura e il risonatore ceramico ha un po 'più di dipendenza dalla temperatura rispetto all'oscillatore a cristallo. Per un oscillatore in cristallo di quarzo, le caratteristiche di uscita dipendono dalla modalità di vibrazione e dall'angolo con cui il cristallo viene tagliato mentre nel risonatore è principalmente lo spessore.

• Tolleranza e sensibilità - L'oscillatore in cristallo ha una tolleranza minore contro urti e vibrazioni mentre il risonatore ceramico ha una tolleranza elevata in confronto. L'oscillatore a cristallo ha una bassa tolleranza ESD (scarica elettrostatica) mentre il risonatore ceramico ha un'elevata tolleranza ESD. Gli oscillatori sono più sensibili dei risonatori, la sensibilità può essere paragonata in termini di radiazione. Il quarzo ha una tolleranza di frequenza dello 0,001%, mentre il PZT ha una tolleranza dello 0,5%.

• Dipendenza dai condensatori - I risonatori possono avere condensatori interni o necessitano di condensatori esterni a volte mentre l'oscillatore necessita di condensatori esterni e il loro valore dipende da quale cristallo è progettato per funzionare.

• Materiale utilizzato - L'oscillatore a cristallo è costituito da quarzo come materiale del risonatore piezoelettrico, mentre i risuonatori in ceramica sono realizzati in titanato di zirconio al piombo (PZT), noto come materiale ceramico piezoelettrico ad alta stabilità. Crystal Oscillator è difficile da produrre mentre i risonatori ceramici sono facili da produrre.

• Applicazioni - I risuonatori ceramici vengono utilizzati in applicazioni a microprocessore in cui la stabilità della frequenza non è importante, mentre l'oscillatore a cristalli può essere trovato in qualsiasi cosa, dai televisori ai giocattoli per bambini che hanno componenti elettrici. I risonatori sono utili per la comunicazione della porta seriale a bassa velocità mentre gli oscillatori a cristallo hanno frequenze disponibili per supportare anche le comunicazioni seriali ad alta velocità. I risonatori non hanno frequenze disponibili per comunicazioni con porta seriale ad alta velocità. In termini di applicazioni basate sull'orologio, i risonatori non sono molto adatti per un orologio in tempo reale / cronometraggio / orologio da parete mentre gli oscillatori possono essere adatti per cronometraggio / RTC / orologio da parete se sintonizzati con un condensatore variabile, in caso contrario aspettati qualche minuto di deriva all'anno sintonizzato.