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Linha do tempo e história do ressonador de cristal de quartzo

Linha do tempo e história do ressonador de cristal de quartzo


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Às vezes é interessante observar como o cristal de quartzo foi desenvolvido e algumas das datas significativas dentro de sua linha do tempo. Desde as primeiras descobertas no início da história elétrica e eletrônica até os dias atuais.

As primeiras unidades de ressonador de cristal de quartzo eram grandes e volumosas, mas os ressonadores de cristal de quartzo de hoje são muito menores. Eles são acondicionados em latas hermeticamente fechadas e podem até ser obtidos em embalagens de montagem superficial.

Os estilos dos cristais de quartzo mudaram e seu desempenho melhorou significativamente em praticamente todos os aspectos ao longo dos anos.

Ressonadores de cristal de quartzo

Os cristais de quartzo utilizam o efeito piezoelétrico para vincular o domínio elétrico às ressonâncias Q muito altas do próprio cristal de quartzo.

O uso desses cristais permite que ressonadores de alto desempenho sejam fabricados e hoje o custo desses cristais pode ser muito baixo, considerando seu desempenho. Obviamente, cristais de alta tolerância estão disponíveis a um preço mais alto, mas muitos de baixo custo são usados ​​em muitas áreas de projeto e fabricação de eletrônicos.

Esses cristais são usados ​​em uma ampla variedade de áreas, desde o elemento ressonante em osciladores de relógio em placas de microprocessador, PCs, etc., a osciladores de cristal para design de RF, bem como em osciladores de cristal controlados por tensão VCXOs, osciladores de cristal com compensação de temperatura TCXOs e também muito alto osciladores de cristal OCXOs controlados por forno de desempenho.

Em vista de seu uso generalizado e comum, é interessante ver como esses componentes se desenvolveram ao longo dos anos.

Nota sobre ressonadores de cristal de quartzo:

Os cristais de quartzo se tornaram uma parte essencial da eletrônica de hoje, fornecendo um ressonador de alto desempenho a baixo custo. Esses componentes são usados ​​como o elemento ressonante em muitos designs eletrônicos, de osciladores de relógio de microprocessador a designs de RF para osciladores e osciladores estáveis ​​de alto desempenho e também em filtros de cristal.

Leia mais sobre Tecnologia de ressonador de cristal de quartzo.

Linha do tempo do ressonador de cristal de quartzo

A tabela abaixo fornece alguns dos principais marcos na linha do tempo da história do uso do cristal de quartzo em projetos de circuitos eletrônicos e de rádio.

Ao longo dos anos, o uso de ressonadores de cristal de quartzo em projetos eletrônicos cresceu rapidamente. Desde seus primeiros usos, principalmente em projetos de RF, eles se tornaram mais amplamente usados ​​em outras áreas da eletrônica.

Ressonador de cristal de quartzo
Linha do tempo e história: - Datas importantes
AnoDetalhes da linha do tempo
Tempos da Grécia AntigaO quartzo é conhecido e atraiu a atenção de muitos povos desde os primeiros tempos; cristais de quartzo transparentes eram conhecidos pelos gregos antigos como krystallos.
1530O nome quartzo é uma antiga palavra alemã. Sua origem é incerta, mas parece ter sido usado pela primeira vez por Georgius Agricola nessa época.
1880Jacques e Pierre Curie percebem e investigam o efeito piezoelétrico no quartzo.
1893Lord Kelvin investiga o efeito piezoelétrico em cristais de quartzo e desenvolve um valor para a constante piezoelétrica.
1917Oscillator foi desenvolvido por Alexander Nicholson dos Laboratórios Bell usando Rochelle Salt e patenteou a ideia em 1918.
1918

Paul Langevin investiga o uso de placas cortadas de cristais de quartzo para desenvolver o sistema de sonar inicial para a detecção de submarinos. O sistema não foi aperfeiçoado até depois de 1918.

Para este trabalho, Langevin usou placas de corte em X de quartzo para gerar e então detectar as ondas sonoras na água.

1918 - 1921Tanto A W Nicholson da bell Laborites quanto o professor W G Cady da Universidade Wesleyan estudam osciladores piezoelétricos.
1921O Prof. W. G. Cady da Wesleyan University patenteou um oscilador de cristal de quartzo. Para esta patente, ele usou um ressonador de cristal de quartzo para controlar a frequência de um oscilador e também descreveu o uso de barras e placas de quartzo como padrões de frequência e filtros de onda. É geralmente aceito que Cady foi o primeiro a usar um cristal de quartzo para controlar a frequência de um circuito oscilador.
1923O professor de Harvard, G W Pierce desenvolve um circuito oscilador de cristal que coloca o cristal entre a grade e o ânodo da válvula / tubo de vácuo. Este é um predecessor da configuração do oscilador Pierce.
1925Westinghouse instalou um oscilador de cristal para o oscilador mestre de sua estação de transmissão KDKA.
1925Um circuito equivalente para o ressonador de cristal de quartzo é desenvolvido por Van Dyke.
1926Muitas outras estações de transmissão usam osciladores controlados por cristal para controlar sua frequência de sinal. À medida que as atribuições de canais começam a se tornar mais próximas à medida que mais estações começam a transmitir, a necessidade de um controle de frequência mais próximo se torna importante.
1926Cristal cortado Y descoberto e usado pela primeira vez. Até então, cristais de quartzo lapidados em X foram a única forma usada. Foi descoberto que, embora o cristal cortado X tenha um coeficiente de temperatura de cerca de -20 ppm / ° C e o cristal cortado Y exiba um coeficiente de temperatura de cerca de + 100 ppm / ° C, ele mostrou como cortes diferentes podem apresentar coeficientes de temperatura diferentes.
Por volta de 1926Experimentadores de rádio amadores começam a usar cristais de quartzo como osciladores mestres em seus transmissores. Esses osciladores permitiram que uma saída mais alta fosse obtida do oscilador em comparação com um oscilador sintonizado LC, o que significa que menos válvulas / tubos foram necessários em seus projetos. Com os custos associados a válvulas / tubos no momento altos, esta foi uma consideração importante. Os cristais de quartzo também deram um sinal muito mais estável.
1927Primeiro padrão de oscilador de cristal de quartzo desenvolvido por Warren Marrison da Bell Laboratories.
1934Os cortes AT e BT para ressonadores de cristal de quartzo foram vistos pela primeira vez. Esses cortes foram descobertos independentemente por Lack, Willard and Fair nos EUA, Koga no Japão e Bechmann e Straubel na Alemanha.
1950Um processo hidrotérmico para o cultivo de cristais de quartzo em escala comercial foi desenvolvido no Bell Laboratories.
1956O quartzo cultivado sinteticamente torna-se amplamente disponível.
1968Juergen Staudte, da North American Aviation, inventou um processo fotolitográfico para a fabricação de osciladores de cristal de quartzo. Isso permitiu que fossem feitos pequenos o suficiente para produtos portáteis como relógios.
1974Cristal de quartzo cortado SC teorizado por R Holland. O conceito não foi concretizado nesta fase, mas apenas proposto em teoria.
1976Os primeiros cristais de corte SC tornam-se disponíveis. Eles são usados ​​principalmente para osciladores de cristal controlados por forno, pois têm seu coeficiente de temperatura ideal na temperatura em que esses osciladores controlados por forno operam.

Construção dos primeiros ressonadores de cristal de quartzo

Cristais de quartzo modernos agora usam técnicas de fabricação altamente sofisticadas. Em algumas áreas, eles têm semelhanças com a fabricação de semicondutores. Ambos usam técnicas como corrosão química para obter a maior precisão.

Hoje, os modernos cristais de quartzo estão contidos em embalagens hermeticamente fechadas para garantir os níveis mais baixos de envelhecimento.

No entanto, nem sempre foi esse o caso, e os primeiros cristais de quartzo eram mantidos entre duas placas carregadas com molas que não eram muito seladas de nenhuma forma.

Com as unidades de cristal de quartzo mais antigas, era possível desmontá-las simplesmente desapertando alguns parafusos. Embora eles possam ter sido protegidos da poeira maior e outros itens, eles não foram selados da atmosfera e, como resultado, especificações como o envelhecimento não seriam tão boas quanto os ressonadores de cristal modernos.

Foi até possível tirá-los de seus suportes e manuseá-los. Embora eles pudessem ser limpos com um solvente orgânico, isso ainda resultaria na entrada de produtos químicos na estrutura do cristal, causando mudanças de frequência.

Ajustando a frequência de alguns ressonadores de cristal mais antigos

No entanto, uma vantagem era que era possível "ajustar" a frequência. Verificou-se que uma pequena marca de grafite (grafite) no cristal diminuiria ligeiramente sua frequência.

Embora a tecnologia do ressonador de cristal de quartzo não tenha o investimento de outras tecnologias relacionadas à eletrônica, como silício e circuitos integrados, ela desempenha um papel muito importante na indústria eletrônica. Desenvolvimentos continuam a ser feitos e datas adicionais serão adicionadas à linha do tempo conforme a história avança.


Assista o vídeo: Piezoelétrico (Junho 2022).


Comentários:

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