Kvarca oscilators ir elektroniska shēma, kas ģenerē signālu ar frekvenci, ko nosaka kvarca kristāls, kas izveidots no silīcija un skābekļa. Kvarca pjezoelektriskās īpašības padara to par ļoti labu rezonatoru no desmitiem kilohercu (KHz) līdz simtiem megahercu (MHz). Kvarca kristāla oscilators parasti ir paredzēts darbam tikai ar vienu precīzu frekvenci. Šos oscilatorus izmanto, lai izveidotu stabilas frekvences mobilajos tālruņos, globālās pozicionēšanas sistēmas (GPS) uztvērējos un divvirzienu radio. Tos izmanto arī precīzai laika uzskaitei pulksteņos, datoros un citās elektroniskajās iekārtās.
Pjezoelektriska materiāla, piemēram, kvarca, kristāls var nedaudz mainīt formu, ja uz kristāla elektroda tiek pielikts spriegums. Kad šis spriegums tiek noņemts, kristāls var atgriezties sākotnējā formā un radīt spriegumu, to darot. Šī īpašība, kas tika atklāta 1880. gadā un saukta par pjezoelektrību, ir būtiska oscilatora darbībai. Laika gaitā tika veikti eksperimenti ar dažādiem kristāla materiāliem, un pirmais kvarca oscilators tika samontēts 1910. gadu beigās. Kopš 1920. gadsimta XNUMX. gadiem kvarca kristāla oscilatorus bieži izmanto pulksteņos, kā arī amatieru, komerciālās un militārās radioiekārtās.
Kad kvarca oscilators pirmo reizi tiek ieslēgts, ķēde kristālam ievada nejaušu trokšņa signālu. Daļa no šī trokšņa vienmēr būs kristāla rezonanses frekvencē, kas izraisa kristāla svārstības. Spriegums, ko kristāls rada, mainot formu, tiek pastiprināts ar kvarca oscilatora ķēdi un tiek padots atpakaļ uz kristāla rezonatoru. Šim procesam atkārtojoties, signāli kristāla ierobežotajā frekvenču joslā kļūs spēcīgāki, kamēr citas frekvences tiks filtrētas. Kad šis “iesildīšanās” periods būs pabeigts, oscilators darbosies precīzi paredzētajā frekvencē.
Kvarca kristāla forma, izmērs un griezums nosaka, cik ātri tas izplešas un saraujas. Kvarca oscilators var darboties ar šo ātrumu, ko sauc par tā rezonanses frekvenci. Tas var darboties arī virstoņu frekvencē, kas ir rezonanses frekvences daudzkārtējs. Lai gan kvarca kristāli dabiski sastopami vidē, ļoti daudz tiek ražoti, lai palielinātu fiziski izmantojamo kristālu iznākumu un piegādi.
Kvarca oscilatora frekvences izvadi var ietekmēt dažādi ārēji faktori, tostarp temperatūra un pat pēkšņs paātrinājums. Radiācija ietekmēs arī frekvenci neatkarīgi no tā, vai to rada kosmiskie stari kosmosa kuģī, rentgena stari vai jonizējošā starojuma impulss. Dažus no šiem faktoriem var kompensēt ar papildu shēmām, kas uzrauga apstākļus un attiecīgi pielāgo oscilatora izvadi. Dažos kvarca oscilatoros ir precīzi kontrolēta krāsns ar kristālu iekšpusē, lai kompensētu temperatūras izmaiņas. Kvarca kristālus var arī “slaucīt” vai sacietēt pret starojumu, cepot tos specializētā atmosfērā un elektriskajā laukā.