Multivibratori astabili al quarzo. Quando e’ necessario un elevato grado di stabilita’ in frequenza, ad esempio nei generatori di clock per microcontrollori o microprocessori , ma anche nella generazione delle portanti dei trasmettitori, e’ opportuno usare come elemento stabilizzante il cristallo piezoelettrico (quarzo). Si ricorda che la stabilita’ in frequenza e’ definita come variazione relativa di frequenza in rapporto alla frequenza nominale cioe: [ppm] Dove per ppm si intendono ‘parti per milione’. Ad esempio se un oscillatore con frequenza nominale fo=1MHz ha un campo di oscillazione che va da 999900Hz a 1000100 Hz, esso ha una stabilita e in percentuale: . I cristalli di quarzo (SiO2) per uso elettronico sono costituiti da una sottile lamina di quarzo con un rivestimento metallico su due facce e due elettrodi per i collegamenti. Se sottoposti a deformazione meccanica generano tra le facce una d.d.p. e viceversa, l’applicazione di una tensione produce deformazione meccaniche del cristallo(effetto piezoelettrico inverso). Se al quarzo e’ applicata una tensione variabile, il cristallo vibra con la stessa frequenza della tensione applicata; la massima vibrazione si verifica in corrispondenza della frequenza di risonanza caratteristica del quarzo (o frequenza naturale di vibrazione) ed e’ legata alle dimensioni fisiche e alla direzione del taglio per realizzare le lamine. Il simbolo del quarzo e’ il seguente: XTAL e il suo circuito equivalente elettrico serie-parallelo di tipo RLC e’ sotto rappresentato ed e’ relativo ad un quarzo da 2Mhz. C1, L1, R1 dipendono rispettivamente dalla massa, dalla costante elastica del materiale e dagli atriti interni; sono cioe’ legati alle proprieta’meccaniche e dal taglio della lamina. C2 e’ quella elettrostatica dei due elettrodi >> C1. E’ possibile ricavare due frequenze di risonanza, quella serie Si deduce che dove Inoltre per La capacita’ del quarzo di stabilizzare la frequenza e’ legata alla elevatissima selettivita’ e il coefficiente di qualita’ e’ molto elevato, fino a Circuito TTL al quarzo: Le due porte lavorano in zona di transizione, cioe’ come amplificatori a guadagno , e cio’ e’ dovuto all’azione delle resistenze R1 ed R3 (R2 R4) che portano la Vi=Vt=1,4 V; il condensatore Ca funge da accoppiatore fra le due porte collegate in retroazione positiva e blocca la continua. L’oscillazione puo’ avvenire solo per la frequenza per la quale e’ verificata la condizione di Barkhausen: |Aβ| . Ogni porta sfasa di 180° per cui lo sfasamento totale e’ 360° (arg(Aβ)=0°) ; si deduce che il sistema, per innescare, non deve introdurre sfasamento e cio’ si ha solo per cioe’ per quelle frequenza per cui il comportamento e’ puramente resistivo. Per la R1 e’ di basso valore, e cio’ consente quindi di avere |Aβ|>1, necessaria per l’innesco. L’oscillatore e’ di tipo risonante serie. Qui sotto riporto altre configurazioni di astabili al quarzo: