TP1 Tecnologia Electronica

Introducción
Un cristal es una pieza de cuarzo que vibra a una frecuencia específica cuando se le suministra energía. Por esta característica, la precisión y regularidad de su frecuencia de vibración lo hacen ser un elemento básico en aquellas aplicaciones en que se requiere una medida exacta del tiempo, como en los relojes, por ejemplo.
En este trabajo veremos que existe la posibilidad degenerar osciladores, a partir de elementos discretos. Como es el caso de los circuitos osciladores de Colpitt y Hartley. En nuestro caso particular ensayaremos un circuito oscilador de Colpitt y una variación de este introduciendo un cristal.
Desarrollo
1- El oscilador Colpitts es un tipo de oscilador muy utilizado y se usa principalmente para obtener frecuencias en el orden de VHF, de 30 Mhz a 300Mhz. Su estabilidad depende de la estabilidad de los componentes que se utilicen, sobre todo de los capacitores y el transistor. Las variables externas como la temperatura también determinan su funcionamiento. En el primer caso el oscilador implementado no utiliza un cristal, por lo que es bastante sensible su operación, ya que depende casi exclusivamente de los capacitores.


El cálculo de lafrecuencia de oscilación se realiza mediante la siguiente fórmula:

Donde C es el valor de los capacitores que conforman el divisor de voltaje capacitivo. Para nuestro circuito da:
f=14,1283 MHz


Luego de implementar el circuito se efectuaron mediciones de frecuencia y de amplitud para distintos valores de tensión de alimentación y temperatura. Para las mediciones de amplitud y frecuencia se utilizóun osciloscopio digital RIGOL, y para la temperatura un multímetro digital con termocupla, M890-G.
Los valores y las gráficas se muestran a continuación:
T = ambiente = 13ºC
Alimentación [V]
Frecuencia [MHz]
Amplitud [Vpp]
5
14,33
0,750
6
14,08
0,890
7
14,01
0,992
8
13,97
1,15
9
13,93
1,31
10
13,97
1,48
12
13,89
1,78
15
13,85
2,14
20
13,74
2,92


T = 50ºC
Alimentación [V]
Frecuencia [MHz]
Amplitud[Vpp]
5
13,76
0,96
6
13,74
1,12
7
13,74
1,36
8
13,72
1,4
9
13,85
1,54
10
14,12
1,56
12
13,97
1,92
15
13,81
2,50
20
13,85
3,04



T = 80ºC
Alimentación [V]
Frecuencia [MHz]
Amplitud [Vpp]
5
13,71
0,900
6
13,77
1,02
7
13,77
1,18
8
13,70
1,32
9
13,97
1,30
10
13,97
1,46
12
14,04
1,60
15
14,04
1,88
20
14,04
2,34




Como se puede observar en las gráficas, el comportamiento de este circuito es muysensible a la temperatura. Si bien se obtuvieron valores de frecuencia cercanos al valor calculado, el rango de variación es importante, y justo en la prueba con temperatura ambiente, que se supone es la más constante o de cambio más lento, fue la que más variación de frecuencia presentó, casi 600KHz del valor mínimo al máximo. Queda claro entonces, que de utilizar este circuito, uno no se puede fiarsólo del cálculo y debe ser calibrado para que su funcionamiento sea lo más cercano al deseado. Además, su uso queda acotado a situaciones en las que, el circuito que controla con su señal de salida no requiere precisión de frecuencia y en un ambiente con temperatura conocida, o bien, controlada.
2- Ahora se implementa el siguiente circuito, que utiliza un cristal:

Se realizan las siguientesmediciones, con los instrumentos ya mencionados:
T = ambiente = 13ºC
Alimentación [V]
Frecuencia [MHz]
Amplitud [Vpp]
5
4,000
3,08
6
4,000
3,68
7
4,000
4,44
8
4,000
4,96
9
4,000
5,32
10
4,000
5,80
12
4,000
6,68
15
4,000
8,40
20
4,000
10,3




T = 50ºC
Alimentación [V]
Frecuencia [MHz]
Amplitud [Vpp]
5
4,000
2,92
6
4,000
3,36
7
4,000
3,64
8
4,000
4,76
9
4,000
4,92
10
4,000
5,76
12
4,000
6,76
15
4,0008,24
20
4,000
10,4





T = 80ºC
Alimentación [V]
Frecuencia [MHz]
Amplitud [Vpp]
5
4,000
2,88
6
4,000
3,24
7
4,000
3,48
8
4,000
4,56
9
4,000
4,75
10
4,000
5,66
12
4,000
6,53
15
4,000
8,14
20
4,000
10,3



Con una rápida inspección de las tablas y los gráficos se puede determinar que este circuito es mucho más apropiado para su uso en condiciones en que la precisión de frecuencia y estabilidad de...