La temperatura tiene un efecto significativo en la frecuencia de un resonador de cristal de cuarzo, que se logra principalmente cambiando las propiedades físicas del material del cristal, como se muestra a continuación:

1. Deriva de frecuencia:

Las características de frecuencia-temperatura de un cristal de cuarzo suelen mostrar una relación no lineal. Dentro de un rango de temperatura determinado, al aumentar esta, el módulo elástico del cristal de cuarzo disminuye, lo que resulta en una disminución de su frecuencia de vibración natural; por el contrario, al disminuir la temperatura, el módulo elástico aumenta y, por lo tanto, la frecuencia de vibración natural también. Esta variación de frecuencia con la temperatura se denomina deriva de frecuencia. Por ejemplo, cuando la temperatura de un resonador de cristal de cuarzo ordinario varía considerablemente, su deriva de frecuencia puede alcanzar decenas de ppm o incluso más, lo cual es inaceptable para algunas aplicaciones que requieren alta precisión de frecuencia.

2. Temperatura del punto de inflexión:

Los cristales de cuarzo tienen un punto de temperatura específico, llamado punto de inflexión. Cerca de este punto, la frecuencia del cristal de cuarzo cambia con la temperatura a su ritmo más bajo, manteniéndose relativamente estable. Cuando la temperatura se desvía de la temperatura del punto de inflexión, la velocidad de cambio de la frecuencia aumenta gradualmente. Los cristales de cuarzo de diferentes cortes tienen diferentes temperaturas de punto de inflexión. Al seleccionar correctamente el tipo de corte, el cristal puede presentar una buena estabilidad de frecuencia dentro de un rango de temperatura específico. Por ejemplo, los cristales de cuarzo con corte AT tienen un coeficiente de temperatura de frecuencia bajo cerca de la temperatura ambiente, por lo que se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones.

3. Efecto de expansión térmica:

Los cambios de temperatura pueden provocar la expansión o contracción térmica de los cristales de cuarzo. Al aumentar la temperatura, el cristal se expande y, en consecuencia, su tamaño aumenta, lo que incrementa su inercia vibratoria y, por consiguiente, reduce su frecuencia. Al descender la temperatura, el cristal se contrae, disminuye su inercia vibratoria y aumenta su frecuencia. Si bien el coeficiente de expansión térmica de los cristales de cuarzo es relativamente bajo, en aplicaciones de alta precisión, es necesario considerar los cambios de frecuencia causados por este efecto de expansión térmica.

4. Efectos de la temperatura a largo plazo:

Además de los efectos de los cambios de temperatura a corto plazo en la frecuencia, la exposición prolongada a entornos de alta o baja temperatura también puede tener efectos irreversibles en el rendimiento de los cristales de cuarzo. Por ejemplo, el funcionamiento prolongado a altas temperaturas puede provocar cambios en la estructura interna del cristal, acelerando el envejecimiento y reduciendo la estabilidad de la frecuencia. A temperaturas extremadamente bajas, el cristal puede presentar problemas como mayor fragilidad, lo que afecta sus propiedades mecánicas y eléctricas y, por consiguiente, la estabilidad de la frecuencia.

5. Efecto de la tasa de cambio de temperatura:

La velocidad de cambio de temperatura también afecta la frecuencia del resonador de cristal de cuarzo. Los cambios rápidos de temperatura pueden producir grandes tensiones térmicas dentro del cristal, lo que provoca cambios en sus características de vibración y, por consiguiente, fluctuaciones de frecuencia. Por el contrario, los cambios lentos de temperatura tienen un efecto relativamente pequeño en la frecuencia, ya que el cristal tiene más tiempo para adaptarse al cambio de temperatura.