Sesión 19

En la pasada sesión vimos que para construir un analizador espectral se utilizaba un filtro paso-banda de frecuencia central variable. Para conseguir el mismo efecto utilizando un paso-banda de frecuencia central fija, se recurría a un multiplicador y un oscilador con frecuencia controlable.

También se vio que, para automatizar el barrido de frecuencias en el analizador, era necesario poder controlar la frecuencia del oscilador mediante una tensión.

Así pues, en esta sesión nos centraremos en como conseguir un oscilador con frecuencia controlable por tensión y se describirá un componente vital en circuitos que precisan generar una determinanda frecuencia: el cristal del cuarzo.

Basándonos en la estructura del oscilador construido en la sesión 17, llegamos a la conclusión de que el elemento que permite variar la frecuencia del oscilador es un condensador variable. Así pues, parece lógico pensar que, para conseguir un oscilador de frecuencia controlable mediante una tensión, sea necesario tener un condensador cuya capacidad se modifique precísamente con una tensión.

Si pensamos en como está construido un diodo semiconductor, observamos que en polarización inversa se comporta como un condensador: una zona N y otra P (que actuan como placas) separadas por una barrera de potencial (que actúa como dieléctrico). Variando la tensión aplicada en sus terminales varía el tamaño de la barrera, y por tanto también la capacidad del condensador que se forma.

Un tipo especial de diodo, denominado Varicap, está construido de manera que maximiza el efecto condensador y por tanto es el más adecuado para este tipo de aplicaciones.

En la figura anterior se observa el montaje realizado para conseguir un condensador de capacidad controlada por tensión. La resistencia de gran valor limita la corriente que circula por el diodo y el condensador (también de capacidad elevada) evita que la tensión de control interfiera en el circuito al cual se conecta.

Pasamos rápidamente al laboratorio para añadir el circuito con el varicap a nuestros oscilador de 27MHz y verificar su comportamiento. Los resultados obtenidos son satisfactorios.

Se obtiene una variación pequeña al conectarlo en paralelo con C2 y mayor al conectarlo en paralelo con Cv. Como el condensador variable está soldado a la placa y no se puede extraer, el efecto de variación de la frecuencia del circuito añadido es menor de lo esperado.

El cristal de cuarzo

A menudo es necesario dotar un circuito de un determinado patrón de frecuencia que sea inalterable, es decir, que no dependa del valor de un determinado condensador o bobina y que permanezca estable al variar las condiciones del entorno.

Los cristales de cuarzo se obtienen tallando el cuarzo en delgadas láminas de geometría muy precisa. Posteriormente se metalizan las caras opuestas y se encapsulan.

Segun sea el tipo de corte, el efecto piezoeléctrico proporciona un comportamiento selectivo en frecuencia, que tiene unas características muy estables.

Se puede resumir su comportamiento en base a dos frecuencias caracterísiticas própias del cristal y su corte (fs y fp):

• f < fs: Comportamiento capacitivo.
• f = fs: Cortocircuito.
• fs < f < fp: Comportamiento inductivo.
• f = fp: Circuito abierto.

Las frecuencias fs y fp son extremadamente estables, el intervalo que las separas es de tan sólo unos pocos KHz y se pueden ubicar a varias decenas de MHz.

En esencia, podemos interpretar el cristal de cuarzo como un interruptor que se cierra únicamente a la frecuencia que nos interesa. Una forma simple de añadirlo a nuestro oscilador será colocarlo en el lazo de realimentación, de esta manera el lazo sólo se cierra (y por tanto el oscilador funciona) a la frecuencia de interés.

Finalmente, volvemos al laboratorio para colocar el cristal de cuarzo de 27MHz en el lazo de realimentación de nuestro oscilador, y comprobamos que el ajuste del condensador variable sólo permite que éste oscile a dicha frecuencia, en el momento en que variamos el ajuste, el oscilador deja de funcionar.

Nota: Las imágenes mostradas en este post han sido extraídas de los apuntes de la asignatura Diseño de radioreceptores.