Sobre cristales de cuarzo en osciladores y como resonadores
Bestiajo
Estoy aprendiendo un poco de electrónica de forma autodidacta, y me
gustaría preguntar por aquí unas dudas sobre cuarzos: tengo un libro
que dice que un mismo cristal de cuarzo trabaja en frecuencias
ligeramente diferentes según se use en un oscilador, o como resonador
en un filtro estrecho de paso de banda. Según este libro, eso es así
al menos para los cuarzos diseñados para trabajar en overtone; la
verdad es que a mí me suena un poco raro... ¿alguien me lo puede
confirmar/desmentir? ¿Pasa lo mismo con los diseñados para trabajar en
frecuencia fundamental? ¿En ese caso, cómo se calcula la diferencia
entre las dos frecuencias? Cuando se dice que un determinado cristal
es, por ejemplo, de 9.0 MHz, ¿a cuál de los dos modos de trabajo se
refiere? Insisto en que me refiero al mismo cristal trabajando de dos
maneras diferentes, y no a dos cristales distintos.
Otra cosa sobre cuarzos: sé que hay empresas que los fabrican a
medida. ¿Sólo sirven pedidos "grandes", o me pueden fabricar unos
cuatro o cinco y vendérmelos a precio razonable? ¿Cuánto sería más o
menos ese "razonable"?
Si alguien de aquí sabe más que yo, le agradeceré mucho que me saque
de dudas.
Saludos, y gracias,
Germán
Wimpie
Hola Germán,
Tu libro tiene razón. El circuito determina la frecuencia actual de
oscilación
Un circuito oscilador tiene que "ver" una impedancia cierta para
oscilar. Hay circuitos que quieren ver una impedancia baja y real
(resonancia serie). Otro circuito quiere ver una inductancia (entre
resonancia serie y resonancia paralelo). El cristal tiene que mostrar
la impedancia correcta al circuito oscilador.
http://www.huarpe.com/electronica/osc/oscilador-xtal.html muestra la
"curva de impedancia" de un cristal y el "circuito eléctrico
equivalente".
Osciladores de tipo serie oscilan muy cerca "fs" Osciladores donde
el cristal está entre colector y base (drain y gate, circuito con
"invertor") de una semiconductora oscilan entre "fs" y "fa".
Cristales usan resonancia mecánica. Construcciones mecánicas pueden
mostrar resonancia en (casi) múltiples del resonancia fundamental (por
ejemplo 10 MHz, 30 MHz, 50 MHz, etc). Circuitos de líneas de
transmisión muestran resonancia en "overtones" también. '
Osciladores "overtone" necesitan otro resonador (o filtro) para evitar
oscilación en frecuencia fundamental.
Espero que le ayuda poco.
Saludos,
Wim
PA3DJS
www.tetech.nl (Holandés).
Sin abc la dirección electrónica funciona.
Bestiajo
Efectivamente, el esquema que trae mi libro sitúa el cristal entre
colector y base, por lo que trabajaría en la zona de resonancia
paralelo. En cuanto a los cristales del filtro estrecho, dice: "los
cristales Y1 e Y2 están en el filtro y no oscilan, sino que resuenan
pasivamente. Esta diferencia hace que aproximadamente la frecuencia de
resonancia sea unos 3 kHz inferior a la frecuencia de oscilación".
Supongo que se refiere a la frecuencia fs de resonancia serie ¿no? fs
sería unos 3 kHz menor que la frecuencia del oscilador, si lo he
entendido bien.
Intuyo que cuando se compra un cristal de, por ejemplo, 9 MHz, se
refiere a esa frecuencia fs. ¿Podrías confirmarme que eso es así?
Gracias, y saludos,
Germán
Manuel Csar Rodrguez Lacruz
wrote:
>Efectivamente, el esquema que trae mi libro sitúa el cristal entre
>colector y base, por lo que trabajaría en la zona de resonancia
>paralelo.
Sí, es modo paralelo. Lo que se ha hecho es sustituir la bobina de
un oscilador Colpitts LC por el cristal. Como el cristal sólo es inductivo
entre fs y fp, pues la frecuencia de oscilación sólo puede estar entre fs y
fp. Cómo fs y fp son tan próximas (y sólo dependen del cristal) pues la
frecuencia de oscilación está casi prácticamente fijada por el cristal.
Pero, eso sí, las dos capacidades que tiene a cada lado también influyen en
la frecuencia de oscilación concreta que tenga, igual que en un Colpitts LC.
En principio, en los osciladores modo serie, la frecuencia de
oscilación la determina totalmente el cristal. La verdad es que la capacidad
externa que vea el cristal también influye, pero en mucha menor medida, y el
circuito oscila a, prácticamente, fs.
...
>Supongo que se refiere a la frecuencia fs de resonancia serie ¿no? fs
>sería unos 3 kHz menor que la frecuencia del oscilador, si lo he
>entendido bien.
Sí, así es.
>Intuyo que cuando se compra un cristal de, por ejemplo, 9 MHz, se
>refiere a esa frecuencia fs. ¿Podrías confirmarme que eso es así?
Depende. En los catálogos que yo conozco se distingue según la
aplicación para la que el cristal está pensado. Si está pensado para
trabajar en modo serie entonces la frecuencia que viene en el cuerpo es fs.
Si está pensado para trabajar en modo paralelo entonces el catálogo indica
también la capacidad que el cristal debe ver para oscilar a su frecuencia
nominal (usualmente entre 15 y 30 pF) y el cuerpo marca esa frecuencia de
oscilación nominal, que no es fs ni fp, sino, como sabes, una intermedia. Es
decir, en cristales para osciladores el cuerpo marca la frecuencia de
oscilación. Hace años, cuando diseñaba cosas de estas, lo "normal" que había
en las tiendas eran cristales para modo paralelo, de modo que sabías que su
fs era menor que lo que indicaba el cuerpo y su fp mayor.
Un saludo.
Wimpie
Hola Germán,
Si el Cristal está entre C y B, también están capacitores entre CE y
BE. En este circuito el Cristal tiene que mostrar una inductancia a
sus terminales (para compensar los capacitores en el circuito). Este
tipo de oscilador es mismo como los osciladores con invertidor
digital.
La mayoridad de los cristales fundamentales funciona como inductancia.
Si la especificación del cristal dice CL=15 pF (por ejemplo), la
frecuencia indicada en el cristal no es fs, sino una frecuencia entre
fs y fp. En este caso, fs está inferior a la frecuencia indicada.
Si compra un cualquiera cristal de 9 MHz y puedes usarlo en un filtro
donde el cristal resuena en modo fs, la frecuencia del filtro estará
unos 8.9985 MHz (por ejemplo).
Si compra un cristal que indica resonancia serie, fs no es la
frecuencia resonancia del circuito LCR serie, pero la frecuencia donde
el cristal muestra una impedancia real (como resistor).
Espero que le ayuda (junto con la contribución de Manuel).
Le saludo,
Wim
PA3DJS
www.tetech.nl (Holandés)
sin abc el correo e. funciona
Bestiajo
Lo he estado pensando y me he dado cuenta de que, si no estoy muy
equivocado, en principio y en mi caso concreto, sería indiferente que
la frecuencia nominal que aparece estampada en el cuarzo sea una u
otra, siempre que en todos los cristales el fabricante haya puesto la
misma de las dos. Lo que yo quiero (por si alguien no se dio cuenta)
es montar un oscilador de 9 MHz y un modulador SSB. Así, si por
ejemplo la frecuencia indicada en cada cristal está entre fs y fp, el
oscilador trabajará a una frecuencia determinada y el filtro filtrará
justo las frecuencias inmediatamente superiores (suponiendo que los
haya pedido de las frecuencias apropiadas). Pero si la frecuencia
indicada en el encapsulado es fs, la frecuencia del oscilador será un
poquito superior, y la banda filtrada por el filtro también lo será
¿no? La cuestión sería comprar para el filtro (que creo que se llama
"de media celosía") dos cuarzos de unos 3 kHz de diferencia en su
frecuencia nominal (ya sea fs exacta o entre fs y fp), y otro para el
oscilador, del mismo lote pero que ponga 3 kHz menos que el menor de
los del filtro. De esta manera, el oscilador trabajaría justo a la
frecuencia inferior de dicho filtro (sea cual sea), y una vez modulada
y filtrada, tendría en la salida del filtro una señal de banda lateral
superior. Si quisiera obtener una señal de banda lateral inferior
bastaría con cambiar el cuarzo del oscilador por otro que fuese a
oscilar en la frecuencia superior de paso; es decir, otro cristal del
mismo lote, idéntico al inferior del filtro (y por tanto oscilando al
de la frecuencia superior, por ser de unos 3kHz la diferencia).
No sé si me he liado mucho o si dije alguna tontería... por favor,
recuerden que estoy aprendiendo. :-)
Todo lo anterior que dije sería desde un punto de vista teórico, el
libro avisa de que no hay dos cristales iguales cuando se trabaja con
overtones en la frecuencia fundamental. Sé que hay que comprar varios
y comprobarlos uno a uno hasta dar con los que valgan, pero eso no lo
tuve en cuenta en mi razonamiento anterior para no liar las cosas...
Ya que hablamos de esto: no tengo frecuencímetro para comprobar los
cuarzos. El libro dice que hay que construir un oscilador variable de
unos 9 MHz (estoy a punto de tenerlo) y hacer que su señal pase por el
cuarzo hasta llegar a un voltímetro de RF (que creo que también lo
tendré enseguida). Luego se ajusta el oscilador hasta que el
voltímetro dé la lectura máxima, y se mide la frecuencia con el
frecuencímetro. ¿Qué les parece la idea de usar un receptor de radio
de HF, con USB y LSB, para sustituir al frecuencímetro? Bastaría con
encontrar la frecuencia exacta a la que el oscilador variable no
produce batido en el receptor, supongo. La resolución de esta radio es
de 40 Hz en SSB y 1 kHz en AM. Me gustaría conocer sus opiniones.
Muchas gracias a todos otra vez,
Germán
On 31 ago, 20:59, Manuel Csar Rodrguez Lacruz <mce...@sec.upm.es>
wrote:
> On Sun, 31 Aug 2008 06:22:23 -0700 (PDT), Bestiajo <bestiaj...@gmail.com>
Bestiajo
> Hola Germán,
>
> Si el Cristal está entre C y B, también están capacitores entre CE y
> BE. En este circuito el Cristal tiene que mostrar una inductancia a
> sus terminales (para compensar los capacitores en el circuito). Este
> tipo de oscilador es mismo como los osciladores con invertidor
> digital.
A pesar de que todavía no tengo muchos conocimientos, creo que veo en
el circuito los condensadores de los que me habla: se trata de dos, de
100 pF cada uno, que van a masa, uno desde B y otro desde C. El emisor
_no_ va a masa, pero casi, tiene hacia ella un condensador de 10 nF y
una resistencia de 220 Ohm, ambos en paralelo. Sospecho que la
resistencia sirve para polarizar el transistor, mientras que el
condensador es casi un cortocircuito para los 9 MHz, por lo que es
como si los de 100 pF estuvieran efectivamente conectados a E.
>
> La mayoridad de los cristales fundamentales funciona como inductancia.
> Si la especificación del cristal dice CL=15 pF (por ejemplo), la
> frecuencia indicada en el cristal no es fs, sino una frecuencia entre
> fs y fp. En este caso, fs está inferior a la frecuencia indicada.
>
> Si compra un cualquiera cristal de 9 MHz y puedes usarlo en un filtro
> donde el cristal resuena en modo fs, la frecuencia del filtro estará
> unos 8.9985 MHz (por ejemplo).
>
> Si compra un cristal que indica resonancia serie, fs no es la
> frecuencia resonancia del circuito LCR serie, pero la frecuencia donde
> el cristal muestra una impedancia real (como resistor).
Creo que eso lo entiendo bien. Por favor, si le es posible dígame lo
que opina de lo que dije en mi post de hace unos minutos.
>
> Espero que le ayuda (junto con la contribución de Manuel).
Sí me ayudó, ahora entiendo un poco más a estos cuarzos.
¡Muchas gracias!
Saludos,
Germán
>
> Le saludo,
>
> Wim
> PA3DJSwww.tetech.nl(Holandés)
Wimpie
Hola Germán:
Sobre el 10nF y 220 Ohms, tiene razón, sirven para polarizar el
transistor y crear masa CA al emisor del transistor.
Sobre medir frecuencias, sí, puede usar un receptor SSB. Para aprobar
su receptor en modo banda lateral, puede sintonizar en una emisora OC
fuerte y comparar la frecuencia indicada (sin batido "zero beat") con
la frecuencia de la emisora.
Sobre medir cristales, teóricamente sí, pero para medir fs, se puede
montar el cristal en un circuito de baja impedancia (unos 100 Ohms).
También tiene que "alimentar" el cristal con señal baja. Si tiene
osciloscopio, puede medir la salida directamente. Su oscilador tiene
que ser muy estable (mejor que 100Hz), la construcción del circuito
tiene que ser muy rígida y encapsulado (para evitar efectos térmicos
de plazo corto).
Si tiene un programa para simular circuitos electrónicos (como
pspice), puede simular su circuito antes de medir. Puede usar (para
empezar) como cristal (fs=9 MHz, fp=9.0032 MHz): Ls = 44.21mH,
Cs=7.0736fF, Rs=50, Cp (Holder Capacitance)=10pF. Si mide Q-factor y
Cp, puede calcular fp.
Saludos y mucha suerte,
Wim
PA3DJS
www.tetech.nl (Holandés)
Correo e. es correcto (sin abc)
Bestiajo
Gracias otra vez a todos por su interés. Respecto del pspice, creo que
lo puedo conseguir, creo que viene en mi distribución de Linux; la
verdad es que hasta ahora ni me molesté en comprobarlo, porque el ARRL
Handbook dice que no todos los programas de simulación funcionan bien
del todo con estas cosas de RF... pero ya que lo menciona, lo buscaré
y lo probaré.
Un saludo,
Germán
Observer
Hola Germán:
He encontrado este artículo:
http://www.qsl.net/lw1ecp/FiltXtal/FiltXtal.htm
por si te sirve. Los cristales de la CB, banda ciudadana, son de 9 Mhz y se
usan en el tercer sobretono, 27 Mhz. La ventaja es que hay, o había, muchos
cristales de los distintos canales, para recepción y para transmisión y en
este artículo comentan algo usando estos cristales para fabricar el filtro.
Supongo que sabrás que existe otro método para obtener SSB, que es sumando
convenientemente las salidas de dos moduladores balanceados alimentados por
señales desfasadas pi/2. Aparentemente es mas complicado, pero para hacerlo
en plan casero.... .
Hace años conocí a un radioaficionado y empezó por doble banda lateral, que
en plan casero es mucho mas fácil.
Suerte.
Bestiajo
> Hola Germán:
>
> He encontrado este artículo:
>
> http://www.qsl.net/lw1ecp/FiltXtal/FiltXtal.htm
Acabo de mirarlo: debo reconocer que hay bastantes cosas que no
entiendo bien, pero capto la idea general.
Parece dar a entender que el filtro en escalera es más fácil, porque
todos los cristales son iguales. Sin embargo, yo me voy a animar a
intentarlo con la media celosía; los cristales de 27 MHz en 3º
sobretono creo que serán más fáciles y rápidos de encontrar (sobre
todo en donde yo vivo, con pocas tiendas de componentes a mano, y no
del todo bien surtidas)... y esos no son todos iguales. En cualquier
caso, gracias a tu enlace ahora entiendo un detalle del circuito que
da mi libro: un transformador con toma intermedia conectada a masa en
el secundario crea dos señales iguales pero desfasadas pi radianes.
Sólo que en tu enlace es un autotransformador.
Otra posibilidad sería intentar conseguir el XF-9A, pero creo que es
más caro y menos divertido que los cristales de 27 MHz.
>
> por si te sirve. Los cristales de la CB, banda ciudadana, son de 9 Mhz y se
> usan en el tercer sobretono, 27 Mhz. La ventaja es que hay, o había, muchos
> cristales de los distintos canales, para recepción y para transmisión y en
> este artículo comentan algo usando estos cristales para fabricar el filtro.
No exactamente, pero casi, casi: los de tu enlace son cristales para
la banda de 10 m de los radioaficionados. Posiblemente sean más
fáciles de encontrar los de 27 MHz, pero por si no apareciesen, tomo
nota de que también hay de los otros.
>
> Supongo que sabrás que existe otro método para obtener SSB, que es sumando
> convenientemente las salidas de dos moduladores balanceados alimentados por
> señales desfasadas pi/2. Aparentemente es mas complicado, pero para hacerlo
> en plan casero.... .
Pues no, no tenía ni idea. Sí que lo veo más complicado, ahora ya sé
desfasar pi radianes, pero no pi/2. De todas formas tengo por ahí otro
libro que creo que indica cómo hacerlo, en un apartado dedicado a la
modulación QAM. Tengo que volver a mirarlo.
>
> Hace años conocí a un radioaficionado y empezó por doble banda lateral, que
> en plan casero es mucho mas fácil.
Yo también estoy pensando en hacerme radioaficionado, tengo los
diplomas pero no llegué a sacar la licencia; la cuestión es que me
apetece hacerlo con un equipo de construcción propia, si puedo, y por
eso he empezado con este proyecto. Sólo que hay una pega, creo que los
requisitos que tiene que cumplir una emisora para poder ser homologada
son muy estrictos, y no sé si con un equipo "de estar por casa" como
éste, construido por una persona como yo, que no tengo conocimientos
profundos ni instrumentos de laboratorio, se pueden conseguir esos
requisitos.
En cuanto a lo de la doble banda lateral, no sé si hoy en día está
aceptada aquí en España, porque ocupa un ancho de banda superior a la
SSB. Primero voy a intentar pelearme con ese filtro de cuarzo, a ver
qué pasa. Si estuviese aceptada, y no consigo la SSB, la DSB es una
opción, pero es que no quiero estorbar a otros aficionados si puedo
evitarlo.
Otra cosilla: en mi libro, para describir los transformadores, dice,
por ejemplo: L1 = 13 espiras y acoplamiento 3 espiras. Se refiere al
devanado primario y al secundario ¿no?
>
> Suerte.
¡Gracias!
Saludos,
Germán