Circuito Oscilador de Cristal Transistor
– um circuito oscilador de cristal de transistor simples e os valores para diferentes frequências.
Os osciladores de cristal são usados em muitas áreas da eletrônica. O uso de um circuito oscilador de cristal permite que um oscilador de alta estabilidade e alto desempenho seja construído de forma muito barata e fácil.
Os osciladores de cristal podem ser usados em um grande número de aplicações em eletrônica e rádio. Em alguns casos, os osciladores de cristal podem ser usados para fornecer um sinal de relógio barato para uso em um circuito digital ou lógico. Em outros casos, um oscilador de cristal pode ser usado para fornecer uma fonte de sinal de RF estável e precisa. Como resultado, os osciladores de cristal são frequentemente usados por radioamadores ou radioamadores em circuitos de transmissores de rádio, onde podem ser particularmente eficazes.
o que é um cristal
Como o nome indica, eles são feitos de quartzo, uma forma natural de silício, embora a maior parte do que é usado para aplicações eletrônicas seja fabricado sinteticamente atualmente. Os componentes contam com as notáveis propriedades do quartzo para sua operação. Quando colocado em um circuito eletrônico, um cristal atua como um circuito sintonizado de altíssima qualidade. Além disso, são muito estáveis e sua frequência de ressonância não varia muito com o tempo ou a temperatura.
Um cristal depende do efeito piezoelétrico para funcionar. Este efeito converte uma tensão mecânica em um cristal em uma tensão e vice-versa. Desta forma, o efeito piezoelétrico converte os impulsos elétricos em estresse mecânico, que está sujeito às ressonâncias mecânicas Q muito altas do cristal, e este, por sua vez, é ligado de volta ao circuito elétrico.
Embora não seja um componente que possa ser comprado em qualquer revendedor de eletrônicos, eles podem ser adquiridos em revendedores de componentes de radiofrequência ou diretamente do fabricante. Outlets estão disponíveis na maioria dos países.
oscilador de cristal Colpitts
Existe um grande número de tipos diferentes de circuitos que podem ser usados para osciladores de cristal, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. Um dos circuitos mais comuns usados para osciladores de cristal é a configuração de Colpitts, conforme mostrado abaixo.
O circuito usa uma rede divisora de capacitores compreendendo C1 e C2 para fornecer o feedback e a saída é retirada do emissor, conforme mostrado. Alternativamente, é possível colocar um resistor ou indutor no circuito coletor e obter a saída de lá. Em ambos os casos, é aconselhável empregar um buffer após o circuito do oscilador de cristal para garantir que a carga mínima seja aplicada.
Nesta configuração, o cristal opera em modo paralelo. Ao operar neste modo, o cristal deve ser apresentado com uma capacitância de carga para operar em sua frequência correta. Esta capacitância de carga é especificada com o cristal e é tipicamente 20 ou 30 pF. O circuito oscilador de cristal será projetado para apresentar essa capacitância ao cristal. A maior parte disso será composta pelos dois capacitores C1 e C2, embora os elementos restantes do circuito forneçam alguma capacitância.
Circuito típico do oscilador de cristal do transistor Colpitts
A desvantagem desse circuito é que a cadeia de polarização do resistor desvia a combinação em série de C1 e C2, bem como o cristal. Isso significa que são necessários ganho e corrente adicionais no circuito oscilador de cristal para superar isso, e também a estabilidade pode ser afetada em algum grau. O outro efeito que os resistores de polarização têm é reduzir o Q do cristal. O problema pode ser superado até certo ponto usando um transistor de efeito de campo para o dispositivo ativo, mas esses dispositivos geralmente não são tão estáveis quanto os dispositivos bipolares e geralmente precisam de uma corrente operacional mais alta.
Também é muito comum que um pequeno capacitor trimmer seja colocado no cristal. Desta forma, a frequência do oscilador de cristal pode ser ajustada com precisão para a frequência exata necessária.
Otimização do valor do componente do oscilador de cristal
As condições do circuito são governadas fundamentalmente pelos capacitores C1 e C2, juntamente com os resistores de polarização R1 e R2 e o resistor emissor R3. Como o circuito depende da frequência, os valores mudarão de acordo com a frequência de operação. Os valores típicos são dados abaixo.
| Faixa de frequência MHz | C1pF _ | C2pF _ | R1 kohms | R2 kohms | R3 kohms |
| 1 – 3 | 330 | 220 | 33 | 33 | 6.8 |
| 3 – 6 | 220 | 150 | 33 | 33 | 6.8 |
| 6 – 10 | 220 | 150 | 33 | 33 | 4.7 |
| 10 – 20 | 150 | 100 | 33 | 33 | 2.2 |
Esses valores fornecerão uma boa solução para muitas circunstâncias. O transistor pode ser um BC109 ou transistor de uso geral similar.
Ganho do oscilador de cristal e nível de unidade
Para obter o melhor desempenho de um oscilador de cristal, é necessário garantir que o cristal seja acionado no nível correto. Se o nível de acionamento do cristal for muito alto, as ressonâncias parasitas do cristal podem ser excitadas. Alternativamente, o oscilador de cristal pode até funcionar na frequência incorreta. Além disso, se o nível do drive for muito alto, o desempenho do ruído de fase do oscilador de cristal será degradado
Além disso, o cristal pode ser danificado se o nível do drive for muito alto. Em particular, os tipos em miniatura são suscetíveis a danos. Mesmo que danos permanentes não sejam causados, o alto nível de acionamento dentro do oscilador de cristal aumenta a taxa de envelhecimento e pode causar uma mudança de frequência. Portanto, é importante garantir que o nível de acionamento dentro do circuito do oscilador de cristal esteja aproximadamente correto.
Tendo em vista a necessidade de garantir as condições corretas de operação do próprio oscilador de cristal, é necessário otimizar o circuito para estabilidade, ganho e nível de acionamento. Isso pode levar a um nível de saída mais baixo, mas isso pode ser superado nas etapas seguintes.
Resumo
O circuito do oscilador de cristal do transistor descrito fornece um bom sinal de referência estável que será satisfatório para muitas aplicações. Em algumas circunstâncias, osciladores altamente estáveis serão necessários e pode ser necessário usar um oscilador de cristal controlado por forno (OCXO) projetado para esse fim. Estes são consideravelmente mais caros, mas oferecem níveis muito elevados de desempenho em termos de estabilidade, precisão de frequência e ruído de fase. Se forem necessários, o custo adicional pode ser justificado.
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