Sesión 20

Empezamos la sesión viendo las posibilidades existentes para modificar ligeramente las frecuencias fs y fp del cristal de cuarzo. Existen dos posibilidades:

• Condensador variable en paralelo: permite disminuir fp.
• Condensador variable en serie: permite aumentar fs.

En cualquier caso, lo que no es viable es disminuir fs o aumentar fp.

En la pasada sesión se comentó que el cristal de cuarzo, para frecuencias situadas entre fs y fp, presentaba un comportamiento inductivo. De hecho se puede demostrar que, entre dichas frecuencias, el cristal se comporta como un inductor cuyo valor se situa entre 0 e infinito.

Gracias al comportamiento inductivo del cristal, en un circuito oscilador es posible sustituir el inductor existente por un cristal. Veamos el ejemplo del oscilador de Colpitts:

En el circuito anterior se ha sustituido el inductor por un cristal de 27MHz. La peculiaridad de este montaje consiste en que el cristal, que en modo inductivo puede tomar cualquier valor entre 0 e infinito, se comportará como un inductor justamente del valor adecuado para que el circuito oscile a dicha frecuencia.

Teniendo en cuenta esto, el condensador variable Cv será innecesario y por eso desaparece del circuito con el cristal, igual que el desacoplo en DC, ya que en DC el cristal es un circuito abierto y no un cortocircuito como ocurría con el inductor.

Si probamos este circuito en nuestro laboratorio, observaremos que no oscila a 27MHz sino a 9MHz. Esto ocurre porque el oscilador está tallado para funcionar con sobre-tono (over-tone). Este tipo de cristales tienen un modo fundamental y funcionan correctamente en el tercer armónico de dicho modo, lo cual facilita su fabricación, ya que se pueden hacer con un grosor mayor.

Del estudio de los teóricos de circuitos, surge una nueva configuración de oscilador:

Resolviendo el circuito anterior, se llega a la siguiente condición de oscilación:

En un ejemplo de circuito con la nueva configuración de oscilador, la etapa amplificadora se puede implementar mediante una puerta NAND, y en el filtro paso-banda sustituir el inductor por un cristal de cuarzo:

La desventaja de este oscilador que acabamos de ver, denominado oscilador de Pierce por llamarse así su inventor, es que oscila en el modo fundamental del cristal, por lo tanto no es válido para trabajar con un un cristal que funcione con sobre-tono.

A continuación se estudia otro ejemplo, basado en un amplificador construido mediante un transistor bipolar. En este caso se utilizará una variante de circuito de polarización, con dos resistencias conectadas en la base:

En este circuito, el filtro paso-banda formado por la bobina y el condensador variable, sintonizados a un valor algo inferior a 27MHz, permite el funcionamiento del oscilador con un cristal con sobre-tono, el cual se coloca en el lazo de realimentación.

Acabamos la sesión en el laboratorio, en él llevaremos a cabo el montaje del oscilador de Pierce con amplificador basado en BJT visto anteriormente, y observaremos que su funcionamiento es correcto.

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