Kristal Kwarsa atau Kristal Frekwensi

Adalah komponen/part elektronik dari bahan kwarsa (kwartz) yang berfungsi sebagai penentu frekwensi dengan range yang sangat sempit di dalam rangkaian tertentu seperti osilator, generator sinyal, atau di dalam rangkaian-rangkaian tapis/filter tunggal maupun yang lebih kompleks.
Kristal frekwensi dibuat dengan konstruksi dua elektroda terpasang menghimpit sebuah lapisan kwarsa.  Ketipisan lapisan kwarsa ini menentukan frekwensi kerja (frekwensi diri) dari kristal.  Semakin tipis kwarsa maka akan semakin tinggi frekwensi kerja yang dihasilkannya.
Karena ketipisan kristal kwarsa ada batasnya, maka frekwensi kerja kristal juga ada batasnya pula.  Frekwensi kristal dicantumkan oleh pabrik pembuatnya tertera di badannya, umumnya dari beberapa kHz hingga bilangan puluhan MHz.

Kristal kwarsa atau kristal frekwensi bekerja atas dasar adanya efek piezo-elektrik, yakni efek di mana terjadi hal-hal sebagai berikut :

• 1.Apabila pada kedua ujung bagian lapisan kristal tertekan secara fisik-mekanik, maka akan terjangkit padanya tekanan-tekanan listrik.

Tekanan-tekanan listrik ini berubah-ubah sesuai dengan perubahan tekanan yang terjadi pada ujung-ujung lapisan kritsal.
Keadaan yang seperti ini dimanfaatkan di dalam alat pungut sinyal seperti mikrofon kristal. Bagian ujung-ujung kristal mendapatkan tekanan yang berubah-ubah dari membran di dalam mikrofon karena udara yang bergetar ketika ada gelombang suara.   Tekanan-tekanan listrik pada kristal di dalam mikrofon ini menjangkitkan tegangan ac sinus kecil dengan frekwensi yang setara frekwensi kerja kristal.

• 2.Apabila pada kedua ujung bagian kristal diberi tekanan-tekanan listrik, maka secara fisik-mekanik lapisan kristal akan berubah-ubah bentuk sesuai dengan perubahan tekanan listriknya.

Keadaan yang seperti ini dimanfaatkan di dalam alat yang mengeluarkan bunyi seperti speaker piezo-elektrik, piezo buzzer dan lain-lain.
Perubahan-perubahan fisik yang terjadi pada kristal membuat getaran-getaran pada media di mana kristal tersebut menempel, akibatnya timbullah bunyi.  Tekanan-tekanan listrik dalam bentuk pemberian tegangan ac sinus kepada kristal akan membentuk getaran-getaran bunyi yang setara dengan frekwensi kerja kristal.   Jika frekwensi sinyal ac sinus yang diberikan kepada kristal adalah sama dengan frekwensi kerja kristal (frekwensi resonansi kristal), maka getaran bunyi akan mencapai maksimum.

Pada kristal frekwensi yang difungsikan sebagai penentu frekwensi di dalam osilator, tekanan listrik awal yang terjadi menyebabkan perubahan fisik pada kristal.  Perubahan fisik ini secara otomatis juga menyebabkan terjangkitnya tegangan kecil pada ujung-ujung kristal.  Ketika tegangan yang terjangkit ini dikuatkan oleh transistor maka hasilnya akan menjadi tekanan listrik selanjutnya bagi kristal.  Demikianlah sehingga timbul getaran-getaran listrik yang berkesinambungan terus-menerus dengan frekwensi setinggi frekwensi kerja kristal.

Skema ekuivalen dari Kristal frekwensi.
Kristal frekwensi bekerja seolah ia adalah sebuah sirkit L dan C.  Karena itu ia bisa diibaratkan sebagai sebuah rangkaian L-C (lihat gambar).



Dalam gambar tampak skema pengganti Kristal frekwensi. R hanya kecil saja sehingga bisa diabaikan.
L dan C membentuk sirkit L-C deret.
Tentang sifat-sifat L-C deret dengan frekwensi resonansinya dapat disimak dalam :Frekwensi Resonansi Sirkit L-C .
Di sisi lain terdapat kapasitas yang terbentuk antar elektroda kristal, yaitu Cx. Kapasitas ini memang ada dan karenanya terbentuk pula frekwensi resonansi L-C jajar, yaitu L yang berjajar dengan deretan C dan Cx.
Maka dengan demikian (sebenarnya) ada dua frekwensi resonansi pada kristal, yaitu frekwensi resonansi L-C deret dan frekwensi resonansi L-C jajar.  Akan tetapi dengan perbandingan C dan Cx yang jauh maka yang lebih dominan bagi kristal adalah karakteristiknya sebagai L-C deret.  Dengan mengupayakan keberadaan Cx yang sekecil mungkin (dilakukan oleh produsen pembuatnya), maka sifat L-C jajar pada kristal dapat diabaikan.

Kristal frekwensi mempunyai kelebihan-kelebihan dibanding sirkit L-C biasa, di antaranya adalah :

• Kestabilan frekwensi kerja yang tinggi.
• Faktor Q yang sangat tinggi, dalam prakteknya bisa mencapai 1 juta.
• Mempunyai koefisien suhu yang kecil (tidak mudah dipengaruhi oleh perubahan-perubahan suhu).
• Kompak dalam casing yang terlindung.

Sandi Sb.