Osciladores de cristal
enero 27, 2021Los Osciladores de cristal de cuarzo presenta la propiedad denominada efecto piezoeléctrico; por el cual al aplicar una presión mecánica a través de la superficie del cristal éste desarrolla una tensión en la caras opuestas.
De una manera similar, una tensión aplicada en las caras del cristal origina una distorsión mecánica en su superficie. Una tensión alterna produce vibraciones mecánicas cuya frecuencia natural es muy estable y depende de la naturaleza y tallado del cristal.
El modelo circuital equivalente de un cristal de cuarzo (figura 10.9.a) está caracterizado por una inductancia L muy elevada (unos pocos Henrios), una capacidad en serie muy pequeña C (<0.5pF), una resistencia en serie r (unos cientos de Ω), y una capacidad paralela C p s (unos pocos pF) que representa la capacidad electrostática entre las dos caras del cristal.
El factor de calidad Q es muy alto (>20000).
Ecuaciones de los Osciladores de cristal
Si se desprecia r, la impedancia del cristal Z(jw) viene dada por:
La ecuación 10.18 indica que el cristal tiene dos frecuencias de resonancia; una resonancia en serie ws y una en paralelo wp dadas por las siguientes ecuaciones
La ecuación 10.18 se puede reescribir de la forma
en donde wp > ws dado que Cp >>Cs. Una representación gráfica de la reactancia Z(jw) se muestra en la figura 10.9.b.
Caracteristicas de un Oscilador
El oscilador de cristal se caracteriza por su estabilidad de frecuencia y pureza de fase, y es dada por el resonador.
La frecuencia es estable frente a variaciones de la tensión de alimentación. La dependencia con la temperatura depende del resonador, pero un valor típico para cristales de cuarzo es de 0′ 005% del valor a 25 °C, en el margen de 0 a 70 °C.
Estos osciladores admiten un pequeño ajuste de frecuencia, con un condensador en serie con el resonador, que aproxima la frecuencia de este, de la resonancia serie a la paralela. Este ajuste se puede utilizar en los VCO para modular su salida.
Oscilador de cristal resonante en serie
Un cristal excitado en modo resonancia en serie debe ser conectado a la realimentación del circuito en configuración serie. En esta configuración su impedancia más baja se produce para ws y, de esta manera, el factor de realimentación es mayor. Las figuras 10.10.a y 10.10.b presentan dos osciladores con estructura resonante en serie. Como resultado, la frecuencia de oscilación del circuito es estable e insensible a variaciones de los parámetros del circuito.
Oscilador de cristal resonante en paralelo
Un cristal excitado en modo resonancia en paralelo tiene máxima impedancia a la frecuencia wp. El cristal de la figura 10.11.a actúa como un elemento inductor en un oscilador modificado Colpitts cuya tensión de salida está acoplada al emisor a través de C1 y C2 . El oscilador controlado por cristal Miller de la figura 10.11.b utiliza un circuito LC sintonizado de salida. La máxima tensión de puerta del JFET se produce a la frecuencia wp del cristal.
