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Um ressonador de quartzo é um elemento eletrónico que permite que os sistemas que o utilizem consigam medir o tempo com alta precisão. Esta precisão é o resultado do aparecimento de pulsos elétricos a intervalos regulares, que é proporcionado precisamente pelo ressonador de quartzo. Esse fenómeno é definido como marcando uma frequência constante. Estes elementos estão presentes, entre outros, em placas de desenvolvimento de microcontroladores, computadores, controlos remotos de TV, brinquedos, relógios e muitos outros dispositivos eletrónicos de uso comum. O ressonador de quartzo também é comummente conhecido simplesmente como quartzo, mas também pode encontrar termos como resistência de quartzo ou oscilador de quartzo.
Há vários tipos de ressonadores. Os mais populares são os ressonadores de quartzo, mas também há ressonadores de cerâmica, bem como os cada vez mais populares ressonadores de silício. Um tipo especial são os ressonadores de relógio.
Os ressonadores de quartzo são feitos de um cristal de quartzo cortado com precisão, isto é, dióxido de silício (SiO2), que tem dois terminais. Estão unidos aos seus fragmentos pontilhados de metal. A frequência natural diferente do ressonador é obtida pela diferença de forma e tamanho do quartzo que é utilizado na sua construção. Os ressonadores cerâmicos têm uma estrutura semelhantes, mas o seu elemento principal é um material piezoelétrico distinto do quartzo.
Os ressonadores de quartzo funcionam com base no fenómeno piezoelétrico, que descreve o mecanismo de formação de uma carga elétrica (tensão) nas extremidades de um elemento feito de material piezoelétrico como resultado de uma força que atua sobre ele, o que leva à formação de tensões mecânicas. O material piezoelétrico também apresenta o efeito piezoelétrico inverso. Quando se aplica a diferença de tensão nas suas extremidades, deforma-se. O ressonador de quartzo conectado ao sistema eletrónico fá-lo vibrar, o que, ao fornecer energia ao sistema, provoca uma ressonância mecânica com uma frequência igual à frequência natural do cristal de quartzo utilizado. Na maioria das vezes, está conectado a um sistema em forma de sistema Pierce. Por vezes é possível encontrar módulos prontos a usar em forma de geradores de pulso. Possuem um sistema eletrónico incorporado, regra geral de 4 pinos, que se encarregam do aterramento e da alimentação, uma saída de pulsos gerados e uma entrada responsável pelo controlo.
A precisão dos ressonadores de quartzo é determinada por uma unidade chamada PPM (do inglês, parts per million). Por exemplo, 1% de precisão é igual a 10000 PPM. É particularmente importante, entre outros, em relógios de boa qualidade para que não se atrasem nem adiantem mais do que uns segundos por dia. Encontramos a precisão mais alta em ressonadores de quartzo com uma média de várias dezenas de PPM, o que na prática significa uma faixa de 3 a 100 PPM. Os ressonadores cerâmicos produzidos atualmente têm uma estabilidade muito semelhante, mas começa à volta de 10 PPM, ao passo que os ressonadores de relógios não excedem o valor de 20 PPM.
Há que ter em conta que a precisão e estabilidade dos pulsos gerados pelo ressonador de quartzo dependem em grande medida da temperatura. Pela sua propriedade, é possível encontrar ressonadores encerrados numa carcaça, na qual existe uma temperatura constante, graças a um sistema eletrónico adicional que a mantém a um nível constante. Um facto interessante é que a frequência dos pulsos gerados pelo ressonador pode ser influenciada inclusive pela sua orientação espacial relativamente ao vetor de gravidade, porque se assim não fosse a força da gravidade poderia alterar de certa forma a frequência natural do cristal.
Claro que, além da precisão, no caso dos ressonadores de quartzo a frequência é igualmente importante. Este valor pode variar entre várias dezenas de kilohertz [kHz] e dezenas de megahertz [MHz]. Os ressonadores de relógio acabam por ser os mais interessantes neste aspeto, porque em praticamente todos os casos têm uma frequência igual a 32.768 kHz. Isso deve-se ao facto de, quando dividimos este valor por dois à décima quinta potência, obtermos um pulso por segundo, que é a base de tempo do relógio analógico.
Quando há uma marca no ressonador de quartzo, normalmente é a sua frequência. Infelizmente, como na maioria dos dispositivos, também os ressonadores de quartzo podem, com o tempo, como resultado do envelhecimento, sofrer certas alterações dos seus parâmetros de frequência.
Os osciladores de quartzo, tal como praticamente qualquer outro componente eletrónico, estão disponíveis em carcaças concebidas para montagem em superfície THT ou SMD.
Para escolher o ressonador de quartzo adequado no que diz respeito à compatibilidade mecânica, deve ter em conta o seu passo de contacto. Este termo é utilizado para definir as distâncias entre os eixos das saídas dos componentes eletrónicos, ou seja, circuitos integrados ou blocos de terminais. Os valores padrão de passo de contacto para ressonadores de quartzo são principalmente 0,7 mm, 1,1 mm, 2,54 mm, 4,88 mm e 5,1 mm.
Os casos mais populares em que pode encontrar osciladores de cristal são principalmente o caso cilíndrico, HC-49, HC-49-S, HC-49/U, TC26 e TC38, que são casos de montagem em orifício de passagem (THT), bem como o HC-49SM e o HC-49SMD para montagem em superfície (SMD).
Preste também atenção a uma série de outros parâmetros, como a temperatura de funcionamento, que pode variar entre aproximadamente -55 °C e 150 °C, a potência, expressa em miliwatts para este tipo de componentes [mW] ou até mesmo nanowatts [nW], mas também a capacidade, cujo valor pode ser de cerca de 6 pF (picofarad) a 30 F.
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