I. Prifazzioni
L’uscillatura di cristallu, comu cumpunenti di cuntrollu dâ friquenza funnamintali, su’ assai usati nta l’apparicchiaturi nnustriali, sistemi di monitoraggiu dâ sicurizza, dispusitivi mèdici, l’elittrònica automobbilìstica, l’elettrodomestici ntiliggenti e autri campi. Dû puntu di vista macru, a custruzzioni ri ‘nfrastrutturi ri ‘nfurmazzioni glubbali è ‘ntrìnzicamenti ligàta ô sviluppu ri oscillatura ri cristallu. Stu artìculu analizza sistimàticamenti l’evuluzzioni tecnulòggica di l’uscillatura di cristallu -dâ scuperta di l’effettu piezuelèttricu nzinu a l’imballaggi a scala nanu-rivilannu comu spinceru lu prugressu tecnulòggicu umanu attraversu quattru rivuluzzioni nnustriali.
II. La storia dû sviluppu di l'oscillatura di cristallu
1. Lu pirìudu dû ‘lluminismu tecnulòggicu
Ntô 1880, li frati Jacques e Pierre Curie scupriru ca applicannu nu stress miccànicu ê placchi di cristallu di quartzu ginirava nu spustamentu di càrrica elèttrica, prupunennu lu cuncettu dûeffettu piezuelèttricu.
Principiu di l'effettu piezuelèttricu: Quannu si applica na prissioni a matiriali piezuelèttrici, si ginira na diffirenza di putinziali elèttricu (canusciuta comueffettu piezuelèttricu direttu). Ô cuntrariu, applicari na vurtaggiu pruduci stress miccànicu (lueffettu piezuelèttricu nversu). Si la prissioni cumporta virbazzioni a friquenza auta, gènira currenti elèttrichi a friquenza auta. Quannu li signali elèttrici a auta-friquenza vennu applicati â ciramica piezuelèttrica, prudùcinu signali acùstici a auta-friquenza (vibrazzioni miccànichi), cumunimenti canusciuti comusignali ultrasònici.
Ntô 1918, Paul Langevin fici ricerchi usannu placchi di cristallu di quarzu pi sbiluppari li primi sistemi sonar pi rilevamentu suttamarini. Chistu cumpurtava la ntigrazzioni di cchiù funzioni sonar pi l'elaborazzioni cumpleta di nfurmazzioni e lu cuntrollu cintralizzatu pi suddisfari li riquisiti tàttici, ntra li quali lu ritruvamentu dâ dirizzioni dû scrùsciu, l'ecu, lu rilevamentu di l'impulsi sonar, l'idintificazzioni dû birsagghiu e l'avvisu di tirpidu. Langevin usau placchi di quartzu tagghiati X-pi ginirari e rilevari unni sonori sutta l'acqua.
Nto 1921, u prufissuri WG Cady di l'Univirsitati Wesleyan brivittau l'oscillaturi a cristalli di quarzu. Lu so brevettu usava risunatura di cristalli di quartzu pi cuntrullari la friquenza di l’uscillaturi e discrivìa li barri/lastri di quartzu comu standard di friquenza e filtri. Pirciò, Cady è arricanusciutu comu lu primu a usari cristalli di quartzu pi cuntrullari la friquenza nne circuiti di l’uscillatura.
Ntô 1923, lu prufissuri di Harvard GW Pierce sbiluppò un circùitu di l’uncillaturi di cristallu ca mittìa lu cristallu ntra la griglia e l’anòdu di na valvula a tubbu di votu -un pricursuri dâ cunfigurazzioni di l’uncillaturi di Pierce.
Nnô 1925, Westinghouse Electric nstallau nu uscillaturi di cristallu comu uscillaturi principali pâ sô stazzioni radiu KDKA
Van Dyke sbiluppò lu mudeḍḍu di circùitu equivalenti pî risunatura di cristalli di quartzu. Stu circùitu havi du' friquenzi risunanti: lafriquenza risunanti di seri (fs), unni risuona lu ramu Lg-Cg-Rg, e lufriquenza risunanti parallela (fp), la risunanza cumplissiva dû circùitu. Siccomu Cg < C0, sti friquenzi su’ assai vicini. La carattirìstica di friquenza dâ riattanza -mustra un cumpurtamentu nnuttivu ntra fs e fp, e un cumpurtamentu capacitivu n’autra banna.
Ntô 1926, foru scuperti e usati cristalli tagghiati a Y-. Finu a allura, foru usati sulu cristalli di quarzu tagghiati X-. Mentri li cristalli tagghiati X-àppiru un cufficenti di timpiratura di ~-20ppm/ gradu, li cristalli tagghiati a Y mustravanu ~+100ppm/ gradu, nnicannu ca tagghi di cristalli diversi putìanu prudùciri cufficenti di timpiratura variàbbili.
Nto 1927, Warren Marrison di Bell Labs sviluppò u primu standard di l’oscillaturi di cristalli di quarzu.
Ntô 1928, Warren Marrison criau lu primu ruloggiu di cristallu di quarzu ô Labburatoriu tilifònicu Bell. Li rulòggi ô quarzu sustituìru li rulòggi a pènnulu di pricisioni comu li cronòmitri cchiù pricisi dû munnu (nzinu ê rulòggi atòmici).
Ruloggi atòmiciusari l’unni elettrumagnètichi emissi duranti l’assuppamentu/rilassu di l’enirgìa atòmica pi fari li tempi, arrivannu a na pricisiuni di ~1 sicunnu d’erruri ogni 20 miliuna d’anni-attualmenti lu strumentu di tempu cchiù accuratu dû munnu.
Ntô 1934, nasceru li risunatura di cristalli di quarzu tagghiati AT- e BT-, scuperti nnipinnentimenti di Lack/Willard/Fair (USA), Koga (Giappuni) e Beckmann/Straubel (Girmania).
2. Lu pirìudu di R&S: pruduzzioni di massa di oscillatura di cristallu
Ntô 1950 foru sviluppati li rulòggi atòmici Li ruloggi a quartzu àppiru n’accuratizza massima di 1 sicunnu nna 30 anni (30 ms/annu). Bell Labs fu lu primu a fari nu prucessu idrutèrmicu pâ crìscita di cristalli di quartzu 'n scala cummirciali.
3. Lu pirìudu di sviluppu: pruduzzioni di lottu e passaggiu di l'usu militari a chiḍḍu civili
Ntô 1968, Juergen Staudte di l’Aviazzioni dû Nord America mmintò lu prucessu di fotulitografia pi prudùciri oscillatura a cristalli di quartzu, pirmittennu la miniaturizzazzioni di prudutti purtàtili comu l’urloggi.
Ntô 1976 vinniru dispunìbbili li primi cristalli tagghiati SC-. Usatu principalmenti nnî oscillatura a cristallu cuntrullati dû furnu (OCXO) pi lu so cufficenti di timpiratura uttimizzatu a timpiraturi di funziunamentu OCXO.
4. Lu pirìudu di sviluppu rapidu: applicazzioni diversificati nta l'elittrònica
Dû 1990 nzinu a oji, l’uncillatura di quarzu s’evulveru di DIP a pacchetti SMD cchiù nichi, passannu di tradizziunali custodii di mitaḍḍu a ncapsulazzioni di plàstica/mitaḍḍu/ciràmica. Li riquisiti di pricisiuni e friquenza aumintaru e addumannaru prucessi di produzzioni cchiù boni. Li applicazziuna s’allargaru di usi di nicchia a vari campi comu lu 5G, l’IoT, l’elittronica automobbilìstica, l’assistenza sanitaria ntiliggenti e l’apparicchiaturi ntiliggenti.
III. Riassuntu
L'anni 70+ dû 1880 ô 1956 signaru lu pirìudu funnamintali di l'uscillatura a quartzu, carattirizzati di nvinzioni rivoluzzionari e nnuvatura nfruenti. Lu prugressu dâ tecnuluggìa dû quartzu rifletti nu prucessu graduali di scuperta, cumprinsioni e maturazzioni-li prugressi nun ponnu èssiri affrettati.