Osciladores de cristal explicados

Hemos leído mucho sobre los osciladores, pero los osciladores de cristal parecen ser un misterio. Los libros de nivel de hobby tienden a decir: construye un circuito como este y luego juega con él hasta que oscile. Los textos de ingeniería tienden a hablar sobre ganancias de bucles, pero no son muy claros sobre la práctica. Una publicación [resumen de circuito] que continúa una serie sobre osciladores tiene un tratamiento bueno y práctico del tema.

Los cristales están hechos para tener una frecuencia de resonancia natural y oscilarán a esa frecuencia o a un múltiplo de ella con la excitación adecuada. El truco, por supuesto, consiste en encontrar la excitación adecuada.

La publicación comienza con un modelo básico de un cristal que tiene una capacitancia e inductancia en serie junto con una resistencia. También hay un condensador en derivación o en paralelo. Cuando pides un cristal, especificas si quieres la frecuencia de resonancia en modo serie o paralelo, es decir, cuál de los condensadores del modelo deseas que resuene con el inductor, para que el modelo tenga una aplicación práctica real.

Al aplicar la fórmula habitual de resonancia en el modelo, verá que hay un nulo y un pico que corresponden a los dos puntos de resonancia. La caída es la frecuencia en serie y el pico es la frecuencia en paralelo. De hecho, puedes ver un rastro de un cristal real en una publicación reciente que hicimos en Analog Discovery 2. Coincide bastante bien con las matemáticas, como puedes ver a la derecha.

Quizás se pregunte si podría prescindir de un cristal y simplemente utilizar los componentes del modelo. En teoría, sí. Pero la Q (la relación entre reactancia y resistencia) será mucho menor que la de un cristal. Un cristal también es más estable que las resistencias, condensadores e inductores típicos, por lo que se utilizan cuando se necesita una frecuencia real precisa. La alta Q hace que los cristales también sean útiles en filtros de banda estrecha.

Existen varias arquitecturas de osciladores comunes y un procedimiento de diseño típico es comenzar con una y calcular los valores requeridos. La publicación analiza un oscilador de Colpitts. Por lo general, se puede distinguir un oscilador Colpitts recordando que comienza con C y que el bucle de retroalimentación tiene un condensador dividido (a diferencia de un inductor roscado). La publicación también analiza el oscilador Pierce y varios osciladores digitales. Sin embargo, la publicación no llega a analizar los cálculos de diseño. Sin embargo, sigue siendo mucha buena información. Si puede polarizar un amplificador inversor, debería estar listo.

Puedes probar un cristal inyectándole una frecuencia resonante. También hemos visto DEG puestos en servicio para realizar pruebas.