p.electrico

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CRISTAL
DE
PIEZOELECTRICO

CUARZO

Y

EL

EFECTO

Algunos materiales cristalinos tales como el cristal de cuarzo tienen una
característica poco usual. Si se corta una “rebanada” delgada del material se la
estructura molecular natural (de forma hexagonal), y se aplica una tensión eléctrica a
través de las superficies de sus caras, el material entra envibración mecánica. La tasa de
vibración es una frecuencia definida con exactitud. El intercambio de energía eléctrica a
mecánica y viceversa se llama efecto piezoeléctrico. Esto es analógico al efecto de
volante del tanque L-C con su continuo intercambio de energía inductiva magnética y
capacitiva dieléctrica. La vibración u oscilación del cristal continuará mientras las
pérdidas de energíaen el cristal se compensen sobre bases regulares o repetitivas por la
adición de energía eléctrica.
Cuando un voltaje alterno se aplica a través de un cristal en o cerca de la
frecuencia de resonancia natural del cristal, el cristal se romperá en oscilaciones
mecánicas. Las vibraciones mecánicas se llaman ondas acústicas volumétricas (BAW)y
son directamente proporcionales a la amplitud delvoltaje aplicado.
Un número de sustancias de cristal naturales exhiben propiedades
piezoeléctricas: el cuarzo, la sal de Rochelle, y la turmalina así como varias sustancias
fabricadas como ADP, EDT, y DKT. El efecto piezoeléctrico es más pronunciado en la
sal de Rochelle, por esta razón es el elemento mayormente utilizado en micrófonos de
cristal. Sin embargo el cuarzo sintético, se utiliza másampliamente para el control de
frecuencias en los osciladores debido a su permanencia, bajo coeficiente de temperatura
y alta Q mecánica.
Cortes en los cristales. Dentro de la naturaleza, los cristales completos de cuarzo
tienen un corte hexagonal con terminaciones en punta fig 1.

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Se asocian tres conjuntos de ejes con un cristal: óptico, eléctrico ymecánico. El
eje longitudinal que une las puntas al final se los cristales se llama el eje Z u óptico.
Las tensiones eléctricas aplicadas al eje óptico no producen el efecto piezoeléctrico. El
eje X o eléctrico pasa diagonalmente a través de las esquinas opuestas del hexágono. El
eje que es perpendicular a las caras del cristal es el eje Y o mecánico. En la figura 2 se
muestra los ejes y elcomportamiento básico de un cristal de cuarzo.

Si se corta del cristal una sección delgada y plana de tal forma que los lados
planos sean perpendiculares a un ele eléctrico, los esfuerzos mecánicos a lo largo del
eje Y producirán cargas eléctricas en los lados planos. Como la tensión cambia de la
compresión a la tensión, y viceversa, se invierte la polaridad de la carga. De forma
contraria, si unacarga eléctrica alterna se coloca en los lados planos, se produce una
vibración mecánica a lo largo del eje Y. Esto es el efecto piezoeléctrico y también se
presenta cuando se aplican fuerzas mecánicas a lo largo de las caras de un cristal
cortado con sus lados planos perpendiculares al eje Y. Cuando se corta una sección
delgada del cristal paralela al eje Z con sus caras perpendiculares aleje X, se llama un
cristal con corte eje X. Cuando las caras son perpendiculares al eje Y, se llama un cristal
con corte Y. Se puede obtener variedad de cortes al rotar el plano de corte alrededor de
uno o más ejes.
Si el corte Y se realiza en un ángulo de 35º 20’ del eje vertical (figura 3), se
obtiene un corte AT. Otros tipos de cortes son el BT, CT, DT, ET, AC, GT, MT, NT y
JT. El corte ATes el más popular para los resonadores de cristal de alta y muy alta
frecuencia.

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El tipo, largo y grosor de un corte y el modo de vibración determinan la
frecuencia de resonancia natural del cristal.

Las frecuencias de resonancia para cristales con corte AT varían desde
aproximadamente 800 KHz hasta aproximadamente 30 MHz. Los cortes CT y DT
exhiben...