Khi cần mạch dao động có tần số ổn định cao mà dùng các phương pháp ổn định nguồn cung cấp và ổn định tải vẫn không đảm bảo độ ổn định theo yêu cầu thì phải dùng thạch anh để ổn định tần số. Thạch anh có những đặc tính vật lý rất đáng quý như độ bền cơ học cao, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và các tác động hoá học.
Thạch anh có tính chất áp điện, nghĩa là dưới tác dụng của điện trường thì gây ra dao động. Do đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng hưởng. Tính chất dao động của thạch anh được biểu diễn bởi sơ đồ tương đương sau:
Trong đó Lq, Cq,rq, phụ thuộc vào kích thước khối thạch anh và cách cắt khối thạch anh.
Thạch anh có kích thước càng nhỏ thì Lq, Cq,rq càng nhỏ nghĩa là tần số cộng hưởng riên của nó càng cao. Lq, Cq,rq có tính ổn định cao. CP là điện dung giá đỡ và nó có độ ổn định kém hơn.
Thường rq rất nhỏ nên trong việc tính toán có thể bỏ qua. Trở kháng tương đương của thạch anh xác định theo công thức:
Zq= Xq= Error! Objects cannot be created from editing field codes.
Từ đây ta rút ra được là thạch anh có hai tần số cộng hưởng: Một là tần số cộng hưởng nối tiếp fq ứng với Zq=0 và một tần số cộng hưởng song song fp ứng với Zp = vô cùng
Ta có: Error! Objects cannot be created from editing field codes.
Còn Error! Objects cannot be created from editing field codes.
Hình 3.7. Thạch anh, kí hiệu và sơ đồ tương đương
Cp càng lớn so với Cqthì fp càng gần với fq. Đặc tính trở kháng của thạch anh được cho trên hình bên
Thường thạch anh được sản xuất với tần số fq = 1kHz đến 100Mhz. Các thạch anh có tần số thấp hơn ít được sản xuất vì nó đòi hỏi kích thước lớn và đắt tiền.
Các tính chất về điện của thạch anh có thể tóm tắt như sau: + Phẩm chất cao: Q = 104 – 105
+ Tỷ số Lq/Cq rất lớn do đó trở kháng tương đương của thạch anh Rtđ= Lq/ Cqrq
là rất lớn.
+ Cq<<Cp
+ Tính tiêu chuẩn của thạch anh rất cao, với khung dao động thạch anh có thể đạt độ ổn định tần số 10-6 - 10 -10.
Để thay đổi tần số cộng hưởng của thạch anh trong phạm vi hẹp ta mắc nối tiếp với thạch anh một tụ điện biến đổi Cs khi đó tần số dao động được tính theo biểu thức: fq’ =Error! Objects cannot be created from editing field codes.