Sia i risuonatori ceramici che i cristalli di quarzo funzionano secondo lo stesso principio: vibrano meccanicamente quando viene applicato un segnale CA. I cristalli di quarzo sono più precisi e stabili alla temperatura rispetto ai risuonatori ceramici. Il risonatore o il cristallo stesso ha due connessioni. A sinistra il cristallo, a destra il risonatore in ceramica.
Come dici tu, l'oscillatore ha bisogno di componenti extra, i due condensatori. La parte attiva che fa funzionare l'oscillatore è un amplificatore che fornisce l'energia per mantenere l'oscillazione in corso.
Alcuni microcontrollori hanno un oscillatore a bassa frequenza per un cristallo a 32.768 kHz, che spesso ha i condensatori integrati, quindi sono necessari solo due collegamenti per il cristallo (a sinistra). La maggior parte degli oscillatori, tuttavia, ha bisogno dei condensatori esternamente e quindi si hanno connessioni: input dall'amplificatore, output all'amplificatore e terra per i condensatori. Un risonatore a tre pin ha i condensatori integrati.
La funzione dei condensatori: per oscillare il cristallo amplificatore ad anello chiuso deve avere uno sfasamento totale di 360 °. L'amplificatore si sta invertendo, quindi è di 180 °. Insieme ai condensatori il cristallo si prende cura degli altri 180 °.
modifica
Quando si accende un oscillatore a cristallo è solo un amplificatore, non si ottiene ancora la frequenza desiderata. L'unica cosa che c'è è un rumore di basso livello su un'ampia larghezza di banda. L'oscillatore amplifica quel rumore e lo fa passare attraverso il cristallo, sul quale entra di nuovo nell'oscillatore che lo amplifica di nuovo e così via. Non dovrebbe farti solo molto rumore? No, le proprietà del cristallo sono tali da far passare solo una piccolissima quantità di rumore, attorno alla sua frequenza di risonanza. Tutto il resto sarà attenuato. Quindi alla fine è rimasta solo quella frequenza di risonanza, e poi stiamo oscillando.
Puoi confrontarlo con un trampolino. Immagina un gruppo di bambini che ci saltano sopra a caso. Il trampolino non si muove molto e i bambini devono fare molti sforzi per saltare di soli 20 cm. Ma dopo qualche tempo inizieranno a sincronizzarsi e il trampolino seguirà il salto. I bambini salteranno sempre più in alto con meno sforzo. Il trampolino oscillerà alla sua frequenza di risonanza (circa 1Hz) e sarà difficile saltare più velocemente o più lentamente. Quelle sono le frequenze che verranno filtrate.
Il bambino che salta sul trampolino è l'amplificatore, fornisce l'energia per mantenere l'oscillazione in corso.
Ulteriori letture
MSP430 oscillatori a cristallo 32 kHz