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Cronología e historia del resonador de cristal de cuarzo

Cronología e historia del resonador de cristal de cuarzo

A veces es interesante observar cómo se desarrolló el cristal de cuarzo y algunas de las fechas importantes dentro de su línea de tiempo. Desde los primeros descubrimientos en los inicios de la historia eléctrica y electrónica hasta la actualidad.

Las primeras unidades de resonador de cristal de cuarzo eran grandes y voluminosas, pero los resonadores de cristal de cuarzo de hoy son mucho más pequeños. Están contenidos en latas herméticamente selladas e incluso se pueden obtener en paquetes de montaje en superficie.

Los estilos de los cristales de cuarzo han cambiado y su rendimiento ha mejorado significativamente en prácticamente todos los aspectos a lo largo de los años.

Resonadores de cristal de cuarzo

Los cristales de cuarzo utilizan el efecto piezoeléctrico para vincular el dominio eléctrico con las resonancias Q muy altas del propio cristal de cuarzo.

El uso de estos cristales permite fabricar resonadores de alto rendimiento y hoy el coste de estos cristales puede ser muy bajo teniendo en cuenta su rendimiento. Obviamente, los cristales de alta tolerancia están disponibles a un precio más alto, pero muchos de bajo costo se utilizan en muchas áreas del diseño y fabricación de productos electrónicos.

Estos cristales se utilizan en una amplia variedad de áreas, desde el elemento resonante en osciladores de reloj en placas de microprocesador, PC, etc., hasta osciladores de cristal para diseño de RF, así como en osciladores de cristal controlados por voltaje VCXO, osciladores de cristal con compensación de temperatura TCXO y también muy alto Osciladores de cristal de alto rendimiento controlados por horno OCXOs.

En vista de su uso generalizado y común, es interesante ver cómo estos componentes se desarrollaron a lo largo de los años.

Nota sobre los resonadores de cristal de cuarzo:

Los cristales de cuarzo se han convertido en una parte esencial de la electrónica actual proporcionando un resonador de alto rendimiento a bajo costo. Estos componentes se utilizan como elemento resonante en muchos diseños electrónicos, desde osciladores de reloj de microprocesador hasta diseños de RF para osciladores, osciladores estables de alto rendimiento y también dentro de filtros de cristal.

Leer más sobre Tecnología de resonador de cristal de cuarzo.

Cronología del resonador de cristal de cuarzo

La siguiente tabla muestra algunos de los principales hitos en la cronología de la historia del uso del cristal de cuarzo en diseños de circuitos electrónicos y de radio.

A lo largo de los años, el uso de resonadores de cristal de cuarzo en diseños electrónicos ha crecido rápidamente. Desde sus primeros usos principalmente en el diseño de RF, también se han vuelto más utilizados en otros campos de la electrónica.

Resonador de cristal de cuarzo
Cronología e historia: - Fechas clave
AñoDetalles de la línea de tiempo
Tiempos griegos antiguosEl cuarzo ha sido conocido y atraído la atención de muchos pueblos desde los tiempos más remotos; Los cristales de cuarzo transparentes como el agua eran conocidos por los antiguos griegos como krystallos.
1530El nombre cuarzo es una antigua palabra alemana. Su origen es incierto pero parece haber sido utilizado por primera vez por Georgius Agricola en esta época.
1880Jacques y Pierre Curie notan e investigan el efecto piezoeléctrico en el cuarzo.
1893Lord Kelvin investiga más a fondo el efecto piezoeléctrico en cristales de cuarzo y desarrolla un valor para la constante piezoeléctrica.
1917El oscilador fue desarrollado por Alexander Nicholson de Bell Laboratories utilizando Rochelle Salt y patenta la idea en 1918.
1918

Paul Langevin investiga el uso de placas cortadas de cristales de cuarzo para desarrollar un sistema de sonar temprano para detectar submarinos. El sistema no se perfeccionó hasta después de 1918.

Para este trabajo, Langevin utilizó placas de cuarzo cortadas en X para generar y luego detectar las ondas sonoras en el agua.

1918 - 1921Tanto A W Nicholson de bell Laborites como el profesor W G Cady de The Wesleyan University estudian osciladores piezoeléctricos.
1921El Prof. W. G. Cady de Wesleyan University patentó un oscilador de cristal de cuarzo. Para esta patente, utilizó un resonador de cristal de cuarzo para controlar la frecuencia de un oscilador. También describió el uso de barras y placas de cuarzo como estándares de frecuencia y filtros de ondas. Generalmente se acepta que Cady fue el primero en utilizar un cristal de cuarzo para controlar la frecuencia de un circuito oscilador.
1923El profesor de Harvard, G W Pierce, desarrolla un circuito oscilador de cristal que coloca el cristal entre la rejilla y el ánodo de la válvula / tubo de vacío. Este es un predecesor de la configuración del oscilador Pierce.
1925Westinghouse instaló un oscilador de cristal para el oscilador maestro de su estación de transmisión KDKA.
1925Van Dyke ha desarrollado un circuito equivalente para el resonador de cristal de cuarzo.
1926Muchas otras estaciones de transmisión utilizan osciladores controlados por cristal para controlar la frecuencia de su señal. A medida que las asignaciones de canales comienzan a acercarse a medida que más estaciones comienzan a transmitir, la necesidad de un control de frecuencia más cercano se vuelve importante.
1926Cristal tallado en Y descubierto y utilizado por primera vez. Hasta ese momento, los cristales de cuarzo tallados en X habían sido la única forma utilizada. Se descubrió que aunque el cristal de corte X tiene un coeficiente de temperatura de alrededor de -20ppm / ° C y el cristal de corte Y exhibe un coeficiente de temperatura de alrededor de + 100ppm / ° C, mostró cómo diferentes cortes pueden exhibir diferentes coeficientes de temperatura.
Hacia 1926Los radio experimentadores aficionados comienzan a usar cristales de cuarzo para los osciladores maestros en sus transmisores. Estos osciladores permitieron obtener una salida más alta del oscilador en comparación con un oscilador sintonizado LC, lo que significa que se requerían menos válvulas / tubos en sus diseños. Dado que los costos asociados con las válvulas / tubos en ese momento eran altos, esta fue una consideración importante. Los cristales de cuarzo también dieron una señal mucho más estable.
1927Primer estándar de oscilador de cristal de cuarzo desarrollado por Warren Marrison de Bell Laboratories.
1934Los cortes AT y BT para resonadores de cristal de cuarzo se vieron por primera vez. Estos cortes fueron descubiertos de forma independiente por Lack, Willard y Fair en los EE. UU., Koga en Japón y Bechmann y Straubel en Alemania.
1950En Bell Laboratories se desarrolló un proceso hidrotermal para cultivar cristales de cuarzo a escala comercial.
1956El cuarzo cultivado sintéticamente se vuelve ampliamente disponible.
1968Juergen Staudte de North American Aviation inventó un proceso fotolitográfico para fabricar osciladores de cristal de cuarzo. Esto permitió que se hicieran lo suficientemente pequeños para productos portátiles como relojes.
1974Cristal de cuarzo de corte SC teorizado por R Holland. El concepto no se realizó en esta etapa, solo se propuso en teoría.
1976Los primeros cristales de corte SC están disponibles. Se utilizan principalmente para osciladores de cristal controlados por horno, ya que tienen su coeficiente de temperatura óptimo a una temperatura en la que operan estos osciladores controlados por horno.

Construcción de los primeros resonadores de cristal de cuarzo.

Los cristales de cuarzo modernos utilizan ahora técnicas de fabricación muy sofisticadas. En algunas áreas, tienen similitudes con la fabricación de semiconductores. Ambos utilizan técnicas como el grabado químico para obtener la máxima precisión.

Hoy en día, los cristales de cuarzo modernos están contenidos en envases herméticamente sellados para garantizar los niveles más bajos de envejecimiento.

Sin embargo, este no siempre ha sido el caso, y los primeros cristales de cuarzo se sostenían entre dos placas cargadas con resortes que no estaban muy selladas de ninguna manera.

Con las unidades de cristal de cuarzo más antiguas, era posible desmontarlas simplemente aflojando unos pocos tornillos. Aunque pueden haber estado protegidos del polvo principal y otros elementos, no estaban sellados de la atmósfera y, como resultado, especificaciones como el envejecimiento no habrían sido tan buenas como los resonadores de cristal de hoy en día.

Incluso era posible sacarlos de sus soportes y manipularlos. Aunque podrían limpiarse con un solvente orgánico, esto aún daría como resultado que los químicos ingresen a la red cristalina y causen cambios de frecuencia.

Ajustar la frecuencia de algunos resonadores de cristal más antiguos

Sin embargo, una ventaja era que era posible "modificar" la frecuencia. Se descubrió que una pequeña marca de mina de lápiz (grafito) en el cristal reduciría ligeramente su frecuencia.

Aunque la tecnología de resonador de cristal de cuarzo no cuenta con la inversión de otras tecnologías relacionadas con la electrónica como el silicio y los circuitos integrados, sin embargo, juega un papel muy importante en la industria electrónica. Se continúan realizando desarrollos y se agregarán fechas adicionales a la línea de tiempo a medida que avance la historia.

Ver el vídeo: Resonancia entre dos diapasones (Octubre 2020).