Osilator kuarsa adalah sirkuit elektronik yang menghasilkan sinyal pada frekuensi yang ditentukan oleh kristal kuarsa yang terbentuk dari silikon dan oksigen. Sifat piezoelektrik kuarsa membuatnya menjadi resonator yang sangat baik dari puluhan Kilohertz (KHz) hingga ratusan Megahertz (MHz). Osilator kristal kuarsa biasanya dirancang untuk beroperasi pada frekuensi tunggal yang tepat saja. Osilator ini digunakan untuk membuat frekuensi stabil di ponsel, penerima Global Positioning System (GPS) dan radio dua arah. Mereka juga digunakan untuk ketepatan waktu yang tepat di jam tangan, komputer dan peralatan elektronik lainnya.
Sebuah kristal bahan piezoelektrik seperti kuarsa dapat berubah bentuk sedikit ketika tegangan diterapkan ke elektroda pada kristal. Setelah tegangan itu dihilangkan, kristal dapat kembali ke bentuk aslinya dan menghasilkan tegangan saat melakukannya. Ditemukan pada tahun 1880 dan disebut piezoelektrik, properti ini sangat penting untuk pengoperasian osilator. Eksperimen dilakukan dengan bahan kristal yang berbeda dari waktu ke waktu dan osilator kuarsa pertama dirakit pada akhir 1910-an. Sejak tahun 1920-an, osilator kristal kuarsa telah sering digunakan dalam jam serta peralatan radio amatir, komersial dan militer.
Ketika osilator kuarsa pertama kali dinyalakan, rangkaian memperkenalkan sinyal noise acak ke kristal. Sebagian dari kebisingan itu akan selalu berada pada frekuensi resonansi kristal, yang menyebabkan kristal berosilasi. Tegangan yang dihasilkan oleh kristal saat berubah bentuk diperkuat oleh rangkaian osilator kuarsa dan diumpankan kembali ke resonator kristal. Saat proses ini berulang, sinyal di dalam pita frekuensi terbatas kristal akan menjadi lebih kuat sementara frekuensi lain akan disaring. Setelah periode “pemanasan” ini selesai, osilator akan beroperasi tepat pada frekuensi yang dirancangnya.
Bentuk, ukuran dan potongan kristal kuarsa menentukan seberapa cepat ia mengembang dan mengerut. Sebuah osilator kuarsa dapat beroperasi pada tingkat ini, yang disebut frekuensi resonansinya. Hal ini juga dapat beroperasi pada frekuensi nada, yang merupakan kelipatan dari frekuensi resonansi. Sementara kristal kuarsa terjadi secara alami di lingkungan, sejumlah besar diproduksi untuk meningkatkan hasil dan pasokan kristal yang dapat digunakan secara fisik.
Output frekuensi oleh osilator kuarsa dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor eksternal termasuk suhu dan bahkan percepatan mendadak. Radiasi juga akan mempengaruhi frekuensi, baik itu dari sinar kosmik di pesawat ruang angkasa, sinar-X atau pulsa radiasi pengion. Beberapa faktor ini dapat dikompensasikan dengan sirkuit ekstra yang memantau kondisi dan menyesuaikan output osilator yang sesuai. Beberapa osilator kuarsa menyertakan oven yang dikontrol dengan tepat dengan kristal di dalamnya untuk mengimbangi perubahan suhu. Kristal kuarsa juga dapat “disapu” atau dikeraskan terhadap radiasi dengan memanggangnya dalam atmosfer dan medan listrik khusus.