Osciladores de cristal explicados

Lemos muito sobre osciladores, mas os osciladores de cristal parecem um pouco misteriosos. Os livros de hobby tendem a dizer: construa um circuito como este e depois mexa nele até que ele oscile. Os textos de engenharia tendem a falar sobre ganhos de loop, mas não são muito claros sobre a prática. Uma postagem [resumo do circuito] que continua uma série sobre osciladores traz um tratamento bom e prático do assunto.

Os cristais são feitos para ter uma frequência de ressonância natural e oscilarão nessa frequência ou em um múltiplo dela com a excitação adequada. O truque, claro, é encontrar a excitação adequada.

A postagem começa com um modelo básico de um cristal com capacitância e indutância em série junto com uma resistência. Há também um capacitor shunt ou paralelo. Ao encomendar um cristal, você especifica se deseja a frequência de ressonância em modo série ou paralelo - ou seja, qual dos capacitores do modelo você deseja que ressoe com o indutor - para que o modelo tenha aplicação prática real.

Ao aplicar a fórmula usual de ressonância no modelo, você verá que há um valor nulo e um pico que corresponde aos dois pontos de ressonância. O mergulho é a frequência da série e o pico é o paralelo. Na verdade, você pode ver o traço de um cristal real em uma postagem recente que fizemos no Analog Discovery 2. Ele corresponde muito bem à matemática, como você pode ver à direita.

Você pode estar se perguntando se poderia abrir mão de um cristal e usar apenas os componentes do modelo. Em teoria, sim. Mas o Q – a relação entre reatância e resistência – será muito menor do que um cristal. Um cristal também é mais estável do que resistores, capacitores e indutores típicos, e é por isso que eles são usados ​​​​quando você precisa de uma frequência real e precisa. O Q alto também torna os cristais úteis em filtros de banda estreita.

Existem diversas arquiteturas de osciladores comuns, e um procedimento típico de projeto é começar com uma e calcular os valores necessários. A postagem analisa um oscilador Colpitts. Geralmente você pode identificar um oscilador Colpitts lembrando que ele começa com C e o circuito de feedback tem um capacitor dividido (em oposição a um indutor com derivação). A postagem também analisa o oscilador Pierce e vários osciladores digitais. No entanto, a postagem não chega a realmente analisar os cálculos do projeto. No entanto, ainda são muitas informações boas. Se você pode polarizar um amplificador inversor, você deve estar pronto.

Você pode testar um cristal injetando nele uma frequência ressonante. Também vimos SDRs colocados em serviço para testes.