¿Por qué usar condensadores con cristales?

Question

Cada vez que me encuentro con cristales utilizados en cualquier MCU o procesador, ya sea 32,768 kHz responsable del reloj en tiempo real o 25 MHz de cristal requerido para sincronizar diferentes interfaces conectadas con el MCU o procesador. Siempre hay dos condensadores conectados con el Cristal de Cuarzo como se muestra en la fig.

Tengo algunas preguntas aquí:

1. ¿Qué sucederá si no se conectan los condensadores con el cristal?
2. ¿Cómo se decide el valor de estos condensadores?
3. Mientras reviso las hojas de datos de los cristales aquí me encontraré con una especificación como estabilidad +/-5ppm o +/-10ppm. ¿Cuál es el significado de este término?
4. ¿Y qué son los cristales a 2º armónico y a 3º armónico?

Answer 1

En realidad estás construyendo un circuito de oscilador, utilizando un cristal, algunos condensadores y la circuitería interna de tu microcontrolador. Si no utilizas los condensadores, tu reloj no funcionará. Los valores se calculan en base a las propiedades del cristal, como se describe en http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00826a.pdf, página 9

Esencialmente, la capacitancia de carga del cristal, \$C_L\$, se ajusta igual a la combinación de los condensadores que estás agregando y la capacitancia de derivación del cristal, así que

$$ C_L = \frac{C^2}{2C} + C_{shunt} $$

Las cifras de ppm especifican la (in)exactitud del cristal (cuando se usa adecuadamente): 5 ppm son 5 partes por millón.

Las segundas y terceras sobretonos implican llevar al cristal a resonancia en un armónico. Sugiero no intentar esto.