Diseño de osciladores II

Para que el oscilador sea robusto, necesitamos que su frecuencia preestablecida sea sumamente estable, y por lo tanto que no dependa de una bobina y de un condensador, que sufren el desgaste del tiempo.

Para lograrlo, podemos utilizar un cristal de cuarzo. Estos se obtienen tallando de una manera específica cristales de cuarzo en láminas delgadas, con proporciones precisas. Se metalizan las caras opuestas y se encapsulan.
Según el tipo de corte, el efecto piezoelectrico proporciona un comportamiento selectivo en frecuencia, que hará que el oscilador sea muy estable.

En RPS, el comportamiento del cristal de cuarzo se modela con la siguiente gráfica, dónde;

1) En la frecuencia fs, la impedancia se hace nula (cc).
2) En la frecuencia fp, la impedancia se hace infinita (ca).
3) Para fs<f<fp, el comportamiento es inductivo.
4) El intervalo entre fs y fp es pequeño, de pocos kHz.
5) Las frecuencias fs y fp son fijas y estables. Los valores vienen dados por el corte y dimensiones de el cristal, ubicandose a hasta varias decenas de MHz.
6) El comportamiendo descrito se basa en el efecto piezoelectrico.

Un posible modelo circuital del cristal de cuarzo entorno a fs y fp, seria el de una bobina L, con su resistencia parasita Rs, en serie con un condensador Cs, conectado en paralelo a otro condensador Cp.

Al estudiar la impedancia del circuito, llegamos a la conclusion que;

fs=1/(2pi(sqrt(LCs)))

fp=1/(2pi(sqrt(L·(CpCs/Cp+Cs))))

Como Cs<<Cp, se verifica que fp=fs(1+(Cs/2Cp)).

Por lo tanto, si queremos fijar la frecuencia de oscilador con un cristal de cuarzo en nuestro oscilador, debemos conectar el cristal de cuarzo con fs=fo en la realimentación del circuito, después del filtro paso-banda, y antes que el amplificador. También hay formas de utilizar el comportamiento inductivo, para conectarlo entre fs y fp.

Si se quiere modificar ligeramente fs y fp, cabe la posiblidad de conectar un condensador variable en serie o en paralelo al cristal de cuarzo.

Si el cristal de cuarzo trabaja en modo inductivo, podemos verlo como una bobina. como la frecuencia será aproximadamente constante, y la impedancia del cristal varía de 0 a infinito en el rango inductivo fs-fp, la inductancia L del cristal también puede variar de 0 a infinito  en el intervalo fs-fp.
Por lo tanto, podemos llegar a la conclusión, que un cristal de cuarzo entre fs y fp se comporta como un inductor, de valor entre 0 e infinito.

Aprovecharemos este fenómeno para nuestro amplificador con BJT. Envez de conectar los capacitores en la entrada junto a el inductor, conectaremos el cristal, que substituye a L. El efecto será el siguiente;

1) El cristal asumirá el papel de L.
2) Cv en paralelo, y el condensador que aisla la continua son superfluos,
3)La salida se toma en el emisor (seguidor de tensión).

Podremos así, diseñar un oscilador a cristal e 27Mhz, funcionando este en el 3er sobretono.

Así pues, mediante el generador de señal 555, ya podremos diseñar la radiobaliza, que tendra un modelo circuital como el de la figura.