Circuito oscilador de cristal:como construir um

Você é um engenheiro ou fabricante que deseja entender a frequência de rastreamento de tempo ou estabilização de transmissores e receptores de rádio? Se sim, você precisa ter um amplo conhecimento de um circuito oscilador de cristal com capacitância de carga. Dessa forma, você pode construir um projeto, como um relógio que controla o tempo ou fornece sinais de relógio. Além disso, você encontrará principalmente os circuitos do oscilador de cristal em osciladores de RF.

Portanto, neste artigo, falaremos extensivamente sobre osciladores de cristal.

O que é um circuito oscilador de cristal?

Diagrama do oscilador de cristal

Fonte:Wikimedia Commons

Em termos mais simples, um circuito oscilador de cristal é a placa de circuito eletrônico que abriga o dispositivo que produz uma frequência específica. É também um circuito oscilador eletrônico que funciona com a ressonância mecânica de um cristal vibrante - para gerar uma frequência consistente.

Além disso, você pode usar a frequência produzida a partir de um oscilador de cristal para o seguinte:

• Registrar o tempo em relógios de quartzo
• Gerar sinal estável para CIs digitais
• Estabilizar e manter uma ampla gama de frequências de receptor e transmissor de rádio

Além disso, um oscilador de cristal depende muito da piezoeletricidade transposta ou eletrostrição para funcionar de forma eficaz. E o processo acontece quando você tem alterações na forma de um cristal de quartzo dentro de um campo elétrico.

Como funciona o oscilador de cristal?

O oscilador de cristal usa o princípio do efeito piezoelétrico inverso. E o circuito ressonante compreende resistência (atrito da estrutura interna do cristal), indutância (massa do cristal), Capacitância C1 (capacitância da moldagem mecânica do cristal) e Capacitância C2 (conformidade).

Portanto, quando você aplica um campo de modelo elétrico ao circuito, ele gera deformação mecânica em alguns materiais. O curso também produz uma diferença de potencial nas faces opostas do cristal.

Da mesma forma, se você tiver uma diferença de potencial que se aplique em uma das faces, resultará em estresse mecânico. E esse estresse mecânico é o efeito piezoelétrico.

Normalmente, o melhor cristal para usar neste circuito é o quartzo. Além disso, é mais superior à maioria dos ressonadores; O quartzo é portátil. Além disso, eles são altamente estáveis, economicamente relacionados, prontamente disponíveis e têm um bom fator de qualidade.

Dito isto, seu cristal piezoelétrico pode ter uma vibração mecânica quando você o submete a um potencial alternado adequado. Além disso, quando a faixa de frequência da sua tensão alternada for igual à frequência natural do seu cristal, você obterá o máximo da amplitude de suas vibrações mecânicas.

Além disso, o circuito elétrico equivalente explica o modo de operação do cristal. Além disso, o oscilador de cristal de quartzo tem duas ressonâncias fundamentais, como ressonâncias paralelas e em série.

Como construir circuitos osciladores de cristal?

Aqui estão alguns exemplos de circuitos osciladores de cristal:

1. Circuitos osciladores de cristal usando 74LS04

Oscilador de cristal usando 74LS04

Fonte:Researchgate ℅ Xiao Chen

É bastante comum encontrar esse tipo de circuito em aplicações digitais. E isso porque produz diferentes formas de onda. Além disso, eles ajudam a criar uma faixa de frequências para ser um tempo base.

Algumas das peças que o circuito usa incluem:

• Cristal para unir com um resistor
• Um capacitor e um resistor no circuito oscilador RC
• O circuito do oscilador LC com capacitores e fios

Princípio de funcionamento

Este circuito combina dois resistores da mesma resistência (1K a 4,7K) com um projeto de oscilador de cristal (1MHz a 10MHz). E funciona com duas portas inversoras que estão dentro da ressonância paralela IC1.

Com base no cristal que seu circuito usa, ele pode gerar uma tolerância de frequência de sobretom de saída de 1 MHz a 10 MHz. Sem dúvida, você pode experimentar alguns pequenos defeitos na estabilidade da frequência de saída.

E isso acontece por causa das mudanças de temperatura quando o circuito opera. Consequentemente, afeta a capacidade do cristal e cria tolerâncias de frequência. Mas se você comparar este circuito com os osciladores comuns que usam redes LC ou RC, ele tem um valor menor.

Além disso, este circuito usa baixo consumo de corrente. Assim, você pode optar por uma fonte de alimentação constante de 5V. Além disso, você pode manter a saída em uma tensão constante usando uma alimentação DCV de 9 a 12 volts para um regulador DC IC2-78L05.

Quando os capacitores (C1, C2) filtram a corrente, C2 atrai uma alta frequência e protege o circuito contra interferências.

Dito isto, aqui estão os componentes que você precisa para este circuito:

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

Teste do circuito com TTL 74LS04

Como este circuito é barato e direto, você precisa de um cristal, um TTL SN7404 e quatro resistores. Os resistores (R1 a R4) irão polarizar as portas do inversor de árvore para as regiões lineares enquanto o cristal fornece feedback.

Além disso, a oscilação ocorre apenas na frequência primária do cristal. Então, em 5V p-p, seu sinal de saída deve formar um oscilador de onda quadrada.

2. Oscilador harmônico

Oscilador de harmônicos

Fonte:Researchgate ℅ Peter Pfeifer

Um oscilador harmônico é útil quando você não pode fazer cristais de corte padrão e seu wafer de quartzo é bem fino. Por exemplo, seu oscilador terá uma carga sintonizada de um transmissor 144 com uma fonte de frequência.

E a carga geralmente tem um múltiplo ímpar da frequência primária do cristal. Portanto, um oscilador harmônico é mais adequado para esta aplicação. Os cristais harmônicos neste oscilador são de 11,6 MHz e sintonizam o terceiro harmônico de 34,8 MHz.

As voltas primárias deste circuito são 15 com um transformador de saída (Amidon T-50_6). Quanto às voltas secundárias, depende do que você conecta ao setup. Assim, se sua saída seguir um circuito mais triplo, o dispositivo será a fonte para um transceptor de cristal de 104 MHz.

3. Circuito oscilador de cristal CD4060

Oscilador de cristal com CD4060

Fonte:Researchgate

Dito isto, o curso compreende IC4013 e IC4060. Este circuito tem um tamanho de frequência de cerca de 1 Hz ou 2 Hz. E você pode usá-lo para um relógio digital padrão ou um circuito de relógio regular. Além disso, o IC4060 é um oscilador e contador de ação simples. E você pode determinar a frequência com o capacitor e o resistor externos.

Além disso, o IC4060 possui cristal de quartzo e é o gerador de frequência padrão do circuito. O capacitor não fica de fora, pois ajuda no ajuste do período. E o IC4060 tem contracursos internos—com uma frequência de 2Hz que divide o pino 3. Além disso, se você quiser dividir duas das frequências do sinal de clock, use o IC4015.

4. Osciladores de radiofrequência

Projeto de circuito oscilador de RF

Fonte:Researchgate ℅ CCBY

Se você observar atentamente o diagrama do circuito, notará o oscilador de cristal principal no canto inferior esquerdo. Além disso, você verá um pequeno amplificador de potência de 1W.

O componente ajuda a acionar um filtro passa-baixa e um circuito correspondente.

Em seguida, o oscilador usa um circuito de modelagem de chave para ligar e desligar o oscilador.

Consequentemente, o circuito irá iniciar e parar suavemente. Além disso, ajuda a evitar a transmissão de cliques.

O dispositivo oferece mais potência e uma forma de onda mais limpa, e tudo graças ao circuito de drenagem do oscilador FET. Curiosamente, o curso tem energia proveniente de um código Morse QRP de banda amadora de 40m ou transmissor de onda contínua (microswitch).

5. Osciladores de porta invertida

Osciladores de porta inversora

Os osciladores de porta inversora são um dos osciladores mais simples que você pode fazer. A melhor parte é que você pode optar por quase qualquer CMOS de porta inversora, que funcionará. Assim, você pode usar CMOS de porta inversora como 74HC14, 4069, 74HC04, etc.

Além disso, os portões totalmente digitais geralmente têm novamente. Mas se você quiser que eles funcionem como amplificadores, polarize-os com um resistor de cerca de 1M5 e acima. Além disso, seu circuito pode oferecer uma mudança de fase de 1800. E a única maneira de fazer um feedback positivo de 3600 e iniciar a oscilação é usar capacitores. Os capacitores irão ajudá-lo a fornecer a mudança de fase restante.

Dito isto, nenhum dos componentes neste circuito é crítico. Assim, os capacitores (C1 e C2) podem variar de 10p a 100p. Por outro lado, seu resistor (R1) pode estar entre 10K a 10M. Em suma, seus valores devem depender do corte e da frequência do seu cristal.

E se você quiser valores precisos? Você pode obter isso garantindo que seu C1 seja um capacitor variável. Mas se você não precisa dessa precisão, opte por um segundo capacitor de 39p.

Aplicações do Oscilador de Cristal

Você pode usar o oscilador de cristal para as seguintes aplicações críticas:

• Videogames
• Modems
• Computadores pessoais
• Aplicativo automotivo
• Telecomunicações
• Controle do motor
• Sistemas digitais
• Sistemas GPS
• Sensores de temperatura
• Sistemas de televisão a cabo

O resultado final

Sem dúvida, ter informações detalhadas acima do circuito do oscilador de cristal oferece uma vantagem considerável ao criar dispositivos eletrônicos específicos - principalmente DIY.

É por isso que escrevemos este artigo - para ajudá-lo em sua jornada para aprender sobre circuitos osciladores de cristal.

Portanto, ficaremos felizes em responder a qualquer uma de suas perguntas sobre este artigo. Portanto, sinta-se à vontade para entrar em contato conosco e entraremos em contato com você o mais rápido possível.