Circuito de oscilador de cristal:cómo construir uno

¿Es usted un ingeniero o un fabricante que desea comprender la frecuencia del seguimiento del tiempo o la estabilización de transmisores y receptores de radio? En caso afirmativo, debe tener una comprensión amplia de un circuito de oscilador de cristal con capacitancia de carga. De esa manera, puede crear un proyecto, como un reloj que realiza un seguimiento del tiempo o proporciona señales de reloj. Además, encontrará principalmente circuitos de osciladores de cristal en osciladores de RF.

Entonces, en este artículo, hablaremos extensamente sobre los osciladores de cristal.

¿Qué es un circuito oscilador de cristal?

Diagrama del oscilador de cristal

Fuente:Wikimedia Commons

En términos más simples, un circuito oscilador de cristal es la placa de circuito electrónico que alberga el dispositivo que produce una frecuencia específica. También es un circuito oscilador electrónico que funciona con la resonancia mecánica de un cristal vibrante para generar una frecuencia constante.

Además, puede utilizar la frecuencia producida por un oscilador de cristal para lo siguiente:

• Seguimiento del tiempo en relojes de cuarzo
• Generar señal constante para circuitos integrados digitales
• Estabilice y mantenga una amplia gama de frecuencias de transmisores y receptores de radio

Además, un oscilador de cristal depende en gran medida de la piezoelectricidad transpuesta o la electroestricción para funcionar de manera efectiva. Y el proceso ocurre cuando tienes alteraciones en la forma de un cristal de cuarzo dentro de un campo eléctrico.

¿Cómo funciona el oscilador de cristal?

El oscilador de cristal utiliza el principio del efecto piezoeléctrico inverso. Y el circuito resonante comprende resistencia (fricción de la estructura interna del cristal), inductancia (masa del cristal), Capacitancia C1 (capacitancia del moldeado mecánico del cristal) y Capacitancia C2 (cumplimiento).

Entonces, cuando aplica un campo de modelo eléctrico al circuito, generará una deformación mecánica en algunos materiales. El curso también produce una diferencia de potencial en las caras opuestas del cristal.

Del mismo modo, si tiene una diferencia de potencial que se aplica a través de una de las caras, se producirá una tensión mecánica. Y este estrés mecánico es el efecto piezoeléctrico.

Por lo general, el mejor cristal para usar en este circuito es el cuarzo. Además de eso, es más superior a la mayoría de los resonadores; El cuarzo es portátil. Además, son altamente estables, económicamente relacionados, fácilmente disponibles y tienen un buen factor de calidad.

Dicho esto, su cristal piezoeléctrico puede tener una vibración mecánica cuando lo somete a un potencial alterno adecuado. Además, cuando el rango de frecuencia de su voltaje alterno sea igual a la frecuencia natural de su cristal, obtendrá el máximo de la amplitud de sus vibraciones mecánicas.

Además, el circuito eléctrico equivalente explica el modo de operación del cristal. Además, el oscilador de cristal de cuarzo tiene dos resonancias fundamentales, como resonancias en paralelo y en serie.

¿Cómo construir circuitos de osciladores de cristal?

Estos son algunos ejemplos de circuitos de osciladores de cristal:

1. Circuitos de oscilador de cristal con 74LS04

Oscilador de cristal usando 74LS04

Fuente:Researchgate ℅ Xiao Chen

Es bastante común encontrar este tipo de circuito en aplicaciones digitales. Y eso es porque produce diferentes formas de onda. Además, ayudan a crear un rango de frecuencias para ser un tiempo base.

Algunas de las partes que utiliza el circuito incluyen:

• Cristal para unir con una resistencia
• Un condensador y una resistencia en el circuito del oscilador RC
• El circuito del oscilador LC con condensadores y cables

Principio de funcionamiento

Este circuito empareja dos resistores de la misma resistencia (1K a 4.7K) con un diseño de oscilador de cristal (1MHz a 10MHz). Y funciona con dos puertas de inversor que están dentro de la resonancia paralela IC1.

Según el cristal que utiliza su circuito, puede generar una tolerancia de frecuencia de armónicos de salida de 1 MHz a 10 MHz. Sin duda, puede experimentar algunos defectos menores en la estabilidad de la frecuencia de salida.

Y esto sucede debido a los cambios de temperatura cuando el circuito opera. En consecuencia, afecta la capacidad del cristal y crea tolerancias de frecuencia. Pero si compara este circuito con los osciladores comunes que usan redes LC o RC, tiene un valor menor.

Además, este circuito utiliza un bajo consumo de corriente. Por lo tanto, puede optar por una fuente de alimentación constante de 5V. Además, puede mantener la salida a un voltaje estable utilizando un suministro de CCV de 9 a 12 voltios a un regulador de CC IC2-78L05.

Cuando los capacitores (C1, C2) filtran la corriente, C2 atrae una alta frecuencia y protege el circuito de interferencias.

Dicho esto, aquí están los componentes que necesita para este circuito:

• XTAL1:cristales entre 1 MHz y 10 MHz
• R1, R2:de 1 K a 4,7 K (1/4 W + 5 %)
• C3:electrolítico de 2,2 µF (16 V)
• IC1 – 74LS04, puerta de inversor IV
• C1:electrolítico de 10 µF (16 V)
• IC2:78L05 (5 V)
• Placa PCB universal
• D1 – 1N4001 (1A 50V) diodo
• C2:poliéster de 0,1 µF (50 V)

Prueba del circuito con TTL 74LS04

Dado que este circuito es económico y sencillo, necesita un cristal, un TTL SN7404 y cuatro resistencias. Las resistencias (R1 a R4) polarizarán las puertas del inversor del árbol en las regiones lineales mientras el cristal da retroalimentación.

Además, la oscilación ocurre solo en la frecuencia primaria del cristal. Luego, a 5 V p-p, su señal de salida debería formar un oscilador de onda cuadrada.

2. Oscilador armónico

Oscilador armónico

Fuente:Researchgate ℅ Peter Pfeifer

Un oscilador armónico es útil cuando no puede hacer cristales de corte estándar y su oblea de cuarzo es bastante delgada. Por ejemplo, su oscilador tendrá una carga sintonizada de un transmisor 144 con una fuente de frecuencia.

Y la carga suele tener un múltiplo impar de la frecuencia primaria del cristal. Por lo tanto, un oscilador armónico es el más adecuado para esta aplicación. Los cristales armónicos de este oscilador son de 11,6 MHz y sintoniza el tercer armónico de 34,8 MHz.

Las vueltas primarias de este circuito son 15 con un transformador de salida (Amidon T-50_6). En cuanto a los giros secundarios, depende de lo que conectes a la configuración. Entonces, si su salida sigue un circuito más triple, el dispositivo será la fuente para un transceptor de cristal de 104 MHz.

3. Circuito oscilador de cristal CD4060

Oscilador de cristal con CD4060

Fuente:Researchgate

Dicho esto, el curso comprende IC4013 e IC4060. Este circuito tiene un tamaño de frecuencia de aproximadamente 1 Hz o 2 Hz. Y puede usarlo para un reloj digital estándar o un circuito de reloj normal. Además, el IC4060 es un oscilador y contador de acción simple. Y puede determinar la frecuencia con el condensador y la resistencia externos.

Además, el IC4060 tiene cristal de cuarzo y es el generador de frecuencia estándar del circuito. El condensador no se deja de lado, ya que ayuda en el ajuste del período. Y el IC4060 tiene cursos contrarios, con una frecuencia de 2 Hz que divide el pin 3. Además, si desea dividir dos de las frecuencias de la señal del reloj, use el IC4015.

4. Osciladores de radiofrecuencia

Diseño del circuito del oscilador de RF

Fuente:Researchgate ℅ CCBY

Si observa detenidamente el diagrama del circuito, notará el oscilador de cristal principal en la esquina inferior izquierda. Además, verá un pequeño amplificador de potencia de 1 W.

El componente ayuda a impulsar un filtro de paso bajo y un circuito coincidente.

Luego, el oscilador usa un circuito de modelado de clave para encender y apagar el oscilador.

En consecuencia, el circuito comenzará y se detendrá suavemente. Además, ayuda a evitar la transmisión de clics.

El dispositivo ofrece más potencia y una forma de onda más limpia, y todo gracias al circuito de drenaje de su oscilador FET. Curiosamente, el curso tiene energía proveniente de un código Morse QRP de banda amateur de 40 m o un transmisor de onda continua (microinterruptor).

5. Osciladores de puerta inversora

Osciladores de puerta inversora

Los osciladores de puerta inversora son uno de los osciladores más simples que puede hacer. La mejor parte es que puede optar por casi cualquier CMOS de puerta inversora, que funcionará. Por lo tanto, puede usar CMOS de puerta inversora como 74HC14, 4069, 74HC04, etc.

Además, las puertas totalmente digitales suelen tener de nuevo. Pero si quiere que funcionen como amplificadores, polarícelos con una resistencia de aproximadamente 1M5 y superior. Además, su circuito puede ofrecer un cambio de fase de 1800. Y la única forma en que puede hacer una retroalimentación positiva de 3600 e iniciar la oscilación es usar capacitores. Los condensadores te ayudarán a proporcionar el cambio de fase restante.

Dicho esto, ninguno de los componentes de este circuito es crítico. Entonces, los capacitores (C1 y C2) pueden variar de 10p a 100p. Por otro lado, su resistencia (R1) puede estar entre 10K y 10M. En resumen, sus valores deben depender del corte y la frecuencia de su cristal.

¿Qué pasa si quieres valores precisos? Puede obtener esto asegurándose de que su C1 sea un capacitor variable. Pero si no necesita esa precisión, opte por un segundo capacitor de 39p.

Aplicaciones del Oscilador de Cristal

Puede utilizar el oscilador de cristal para las siguientes aplicaciones críticas:

• Videojuegos
• Módems
• Ordenadores personales
• Aplicación automotriz
• Telecomunicaciones
• Control del motor
• Sistemas digitales
• Sistemas GPS
• Sensores de temperatura
• Sistemas de televisión por cable

El resultado final

Sin duda, tener información detallada sobre el circuito del oscilador de cristal le brinda una ventaja considerable al crear dispositivos electrónicos específicos, principalmente bricolaje.

Es por eso que escribimos este artículo, para ayudarlo en su camino hacia el aprendizaje de los circuitos de osciladores de cristal.

Por lo tanto, estaremos encantados de responder a cualquiera de sus preguntas sobre este artículo. Por lo tanto, no dude en comunicarse con nosotros y nos pondremos en contacto con usted tan pronto como podamos.