Tìm hiểu về thạch anh điện tử

Thạch anh trong điện tử là gì

Thạch anh là dạng tinh thể của silicon dioxide, SiO2. Thạch anh được sử dụng làm bộ cộng hưởng hiệu suất cao trong các bộ lọc và bộ dao động điện tử.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định tần số của bộ dao động là: Sự biến đổi về nhiệt độ, sự biến đổi trong tải, cũng như thay đổi điện áp nguồn một chiều.

Sự ổn định tần số của tín hiệu đầu ra có thể được cải thiện rất nhiều bằng việc lựa chọn đúng các thành phần được sử dụng trong mạch hồi tiếp cộng hưởng, bao gồm cả bộ khuếch đại. Đối với các mạch bình thường LC và RC thì độ ổn định bị giới hạn.

Để đạt được mức độ ổn định dao động cao, thạch anh được sử dụng làm thiết bị xác định tần số để tạo ra một loại mạch dao động khác được gọi chung là Quartz Crystal Oscillator (XO).

Khi một điện áp nguồn được đặt lên một mảnh nhỏ tinh thể thạch anh, nó bắt đầu thay đổi hình dạng tạo ra một đặc tính được gọi là hiệu ứng Áp-điện. Hiệu ứng áp-điện là tính chất của tinh thể, khi đó điện tích tạo ra lực cơ học bằng cách thay đổi hình dạng của tinh thể và ngược lại, lực cơ học được đặt lên tinh thể sẽ tạo ra điện tích.

Thiết bị áp-điện có thể xem như là bộ chuyển đổi (transducer) khi nó chuyển đổi loại năng lượng này thành loại năng lượng khác (điện thành cơ hoặc cơ thành điện). Hiệu ứng áp-điện tạo ra các rung động cơ học hoặc dao động có thể được sử dụng để thay thế mạch LC  trong các bộ dao động trước đó.

Nhiều loại tinh thể có thể sử dụng làm bộ dao động nhưng thạch anh vẫn thường được sử dụng nhất, một phần là do độ bền cơ học lớn của nó.

Tinh thể thạch anh sử dụng trong Quartz Crystal Oscillator là một mảnh rất nhỏ, mỏng với hai bề mặt song song bọc kim loại để nối điện. Kích thước vật lý và độ dày của mảnh tinh thể thạch anh được kiểm soát chặt chẽ vì nó ảnh hưởng đến tần số cuối cùng hoặc cơ bản của dao động.

Sau khi cắt và định hình, tinh thể không thể được sử dụng ở bất kỳ tần số nào khác. Nói cách khác, kích thước và hình dạng của nó xác định tần số dao động cơ bản của nó.

Ký hiệu thạch anh

Hình trên là ký hiệu của bộ dao động thạch anh. Các tinh thể thạch anh được làm từ mảnh thạch anh mỏng được gắn chặt và điều chỉnh giữa hai bề mặt kim loại song song. Các bề mặt kim loại được nối điện. Kích thước vật lý và mật độ cũng như độ dày thạch anh được kiểm soát chặt chẽ bởi vì sự thay đổi trong hình dạng và kích thước trực tiếp tác động đến tần số dao động. Khi thạch anh được định hình và kiểm soát, tần số được tạo ra là cố định, tần số cơ bản không thể thay đổi thành các tần số khác.