Un oscilador de cristal es un circuito oscilador electrónico que se utiliza para la resonancia mecánica de un cristal vibrante de material piezoeléctrico. Creará una señal eléctrica con una frecuencia determinada. Esta frecuencia se usa comúnmente para realizar un seguimiento del tiempo, por ejemplo, los relojes de pulsera se usan en circuitos integrados digitales para proporcionar una señal de reloj estable y también se usan para estabilizar frecuencias para transmisores y receptores de radio. El cristal de cuarzo se utiliza principalmente en osciladores de radiofrecuencia (RF). El cristal de cuarzo es el tipo más común de resonador piezoeléctrico , en los circuitos de oscilador, los estamos usando, por lo que se conocieron como osciladores de cristal. Los osciladores de cristal deben diseñarse para proporcionar una capacidad de carga.
Hay diferentes tipos de oscilador circuitos electrónicos que están en uso son a saber: Osciladores lineales - oscilador Hartley, oscilador de cambio de fase, oscilador Armstrong, oscilador Clapp, Oscilador Colpitts . Osciladores de relajación: oscilador Royer, oscilador de anillo, multivibrador y Oscilador controlado por voltaje (VCO). Pronto analizaremos en detalle los osciladores de cristal como el funcionamiento y las aplicaciones de un oscilador de cristal.
¿Qué es un cristal de cuarzo?
Un cristal de cuarzo exhibe una propiedad muy importante conocida como efecto piezoeléctrico. Cuando se aplica presión mecánica a través de las caras del cristal, aparece un voltaje que es proporcional a la presión mecánica a través del cristal. Ese voltaje causa distorsión en el cristal. La cantidad distorsionada será proporcional al voltaje aplicado y también al voltaje alterno aplicado a un cristal que hace vibrar a su frecuencia natural.
Circuito de cristal de cuarzo
La siguiente figura representa el símbolo electrónico de un resonador de cristal piezoeléctrico y también de cristal de cuarzo en un oscilador electrónico que consta de resistor, inductor y condensadores.
Diagrama del circuito del oscilador de cristal
La figura anterior es un nuevo oscilador de cristal de cuarzo de 16 MHz de 20 psc y es un tipo de oscilador de cristal que funciona con una frecuencia de 16 MHz.
Oscilador de cristal
En general, transistores bipolares o FET se utilizan en la construcción de circuitos de oscilador Crystal. Esto es porque amplificador operacional s se puede utilizar en diferentes circuitos osciladores de baja frecuencia que están por debajo de 100 KHz pero operativos amplificadores no tiene el ancho de banda para operar. Será un problema en las frecuencias más altas que se combinan con los cristales que están por encima de 1MHz.
Para superar este problema, se diseña el oscilador de cristal Colpitts. Funcionará a frecuencias más altas. En este oscilador, el Circuito de tanque LC que proporciona las oscilaciones de retroalimentación ha sido reemplazado por un cristal de cuarzo.
Diagrama del circuito del oscilador de cristal
Funcionamiento del oscilador de cristal
El circuito del oscilador de cristal generalmente funciona según el principio del efecto piezoeléctrico inverso. El campo eléctrico aplicado producirá una deformación mecánica en algunos materiales. Por lo tanto, utiliza la resonancia mecánica del cristal vibrante, que está hecho con un material piezoeléctrico para generar una señal eléctrica de una frecuencia particular.
Por lo general, los osciladores de cristal de cuarzo son muy estables, tienen un factor de buena calidad (Q), son de tamaño pequeño y están relacionados económicamente. Por lo tanto, los circuitos del oscilador de cristal de cuarzo son más superiores en comparación con otros resonadores como los circuitos LC, diapasones. Generalmente en Microprocesadores y microcontroladores estamos usando un oscilador de cristal de 8MHz.
El equivalente circuito eléctrico también describe la acción cristalina del cristal. Basta con mirar el diagrama de circuito eléctrico equivalente que se muestra arriba. Los componentes básicos utilizados en el circuito, inductancia L representa la masa del cristal, la capacitancia C2 representa el cumplimiento y C1 se usa para representar la capacitancia que se forma debido al moldeado mecánico del cristal, resistencia R representa la fricción de la estructura interna del cristal. El diagrama del circuito del oscilador de cristal de cuarzo consta de dos resonancias, como la resonancia en serie y en paralelo, es decir, dos frecuencias resonantes.
Funcionamiento del oscilador de cristal
La resonancia en serie ocurre cuando la reactancia producida por la capacitancia C1 es igual y opuesta a la reactancia producida por la inductancia L. Fr y fp representan frecuencias resonantes en serie y en paralelo respectivamente, y los valores de 'fr' y 'fp' se pueden determinar usando las siguientes ecuaciones que se muestran en la figura siguiente.
El diagrama anterior describe un circuito equivalente, gráfico de trazado para frecuencia de resonancia, fórmulas para frecuencias de resonancia.
Usos del oscilador de cristal
En general, sabemos que, en el diseño de microprocesadores y microcontroladores, los osciladores de cristal se utilizan para proporcionar las señales de reloj. Por ejemplo, consideremos 8051 microcontroladores , en este controlador en particular, un circuito oscilador de cristal externo funcionará con 12MHz que es esencial, aunque este microcontrolador 8051 (basado en el modelo) es capaz de funcionar a 40 MHz (máx.) tiene que proporcionar 12MHz en la mayoría de los casos porque para un El ciclo de la máquina 8051 requiere 12 ciclos de reloj, de modo que para dar una tasa de ciclo efectiva a 1MHz (tomando un reloj de 12MHz) a 3.33MHz (tomando el reloj máximo de 40MHz). Este oscilador de cristal en particular que tiene una frecuencia de ciclo de 1MHz a 3.33MHz se utiliza para generar pulsos de reloj que se requieren para la sincronización de todas las operaciones internas.
Aplicación del oscilador de cristal
Hay varias aplicaciones para el oscilador de cristal en varios campos y algunas de las aplicaciones del oscilador de cristal se dan a continuación
Aplicación del oscilador de cristal Colpitts
Oscilador de Colpitts se utiliza para generar una señal de salida sinusoidal a frecuencias muy altas. Este oscilador se puede utilizar como los diferentes tipos de sensores como sensores de temperatura Debido al dispositivo SAW que estamos usando en el circuito de Colpitts, detecta directamente desde su superficie.
Oscilador de cristal Colpitts
Las aplicaciones de los osciladores Colpitts implican principalmente dónde se utiliza la amplia gama de frecuencias. También se utiliza en condiciones de oscilación continua y sin amortiguación. Usando algunos dispositivos en el circuito Colpitts, podemos lograr una mayor estabilidad de temperatura y alta frecuencia.
Colpitts utilizado para el desarrollo de comunicaciones móviles y radiocomunicaciones.
Aplicaciones del oscilador de cristal Armstrong
Este circuito fue popular hasta la década de 1940. Estos son ampliamente utilizados en los receptores de radio regenerativos. En esa entrada, la señal de radiofrecuencia de la antena se acopla magnéticamente al circuito del tanque a través de un devanado adicional, y la retroalimentación se reduce para ganar control en el circuito de retroalimentación. Finalmente, produce un filtro y un amplificador de radiofrecuencia de banda estrecha. En este oscilador de cristal, el circuito resonante LC se reemplaza con bucles de retroalimentación.
Oscilador de cristal Armstrong
En militar y aeroespacial
Para un sistema de comunicación eficiente, los osciladores de cristal se utilizan en el ámbito militar y aeroespacial. los sistema de comunicación es establecer y para fines de navegación y guerra electrónica en los sistemas de guía
En investigación y medición
Los osciladores de cristal se utilizan en investigación y medición para la navegación celeste y el propósito de seguimiento espacial, en dispositivos médicos y en los instrumentos de medición.
Aplicaciones industriales del oscilador de cristal
Hay muchas aplicaciones industriales del oscilador de cristal. Son ampliamente utilizados en computadoras, instrumentación, sistemas digitales, en sistemas de bucle de bloqueo de fase, módems, marina, telecomunicaciones, en sensores y también en unidades de disco.
El oscilador de cristal también se utiliza en el control de motores, reloj y computadora de viaje, estéreo y en sistemas GPS. Esta es una aplicación automotriz.
Los osciladores de cristal se utilizan en muchos bienes de consumo. Por ejemplo, sistemas de televisión por cable, cámaras de video, computadoras personales, juguetes y videojuegos, teléfonos celulares, sistemas de radio. Esta es la aplicación para el consumidor de Crystal Oscillator.
Todo esto se trata de lo que es un Oscilador de cristal , está funcionando y Aplicaciones. Creemos que la información proporcionada en este artículo es útil para comprender mejor este concepto. Además, cualquier consulta sobre este artículo o cualquier ayuda para implementar proyectos eléctricos y electrónicos , puede acercarse a nosotros comentando en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para usted: ¿Cuál es la función principal del oscilador de cristal?
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