Oscilador discreto de Pierce – Potencia, estabilidad, impedancia

Circuitos de oscilador de cristal

Aunque hay muchas configuraciones distintas para los osciladores utilizando cristales, las más comunes son el discreto y el Pierce de circuitos integrados y el medio puente de RLC. Cuando necesite muy buena estabilidad en la frecuencia y circuitos razonablemente sencillos, el Pierce discreto es una buena opción.

Cuando su principal preocupación es el bajo costo y la capacidad de una interfase digital sencilla, será suficiente con un oscilador Pierce utilizando IC. Sin embargo, para la mejor estabilidad de la frecuencia, el medio puente RLC es la mejor opción.

Oscilador discreto de Pierce:

El oscilador de cristal discreto de Pierce cuenta con muchas ventajas. Su frecuencia de operación abarca todo el rango del cristal fundamental completo (desde 1 kHz a aproximadamente 30 MHz).

Utiliza circuitos relativamente sencillos que requieren de pocos componentes (la mayoría de las versiones de frecuencia media necesitan solamente un transistor).

El diseño del oscilador Pierce desarrolla una alta potencia de la señal de salida, mientras que disipan poca potencia en el mismo cristal. Por último, la estabilidad de frecuencia de corto plazo en el oscilador de cristal Pierce es excelente (esto se debe a que en el circuito de entrada de carga Q es casi tan alta como la Q interna del cristal).

La única desventaja del oscilador Pierce es que requiere de un amplificador de alta ganancia (aproximadamente 70). En consecuencia, tiene que utilizarse un solo transistor de alta ganancia o hasta un amplificador de etapas múltiples. La figura muestra un circuito para un oscilador discreto de Pierce de 1 MHz.

Q1 proporciona toda la ganancia necesaria para que ocurran oscilaciones autosuficientes. R1 y C1 proporcionan un atraso en fase de 65° a la señal de retroalimentación. La impedancia del cristal es básicamente resistiva con un pequeño componente inductivo. Esta impedancia combinada con la reactancia de C2 proporciona los 115° adicionales de atraso en fase.

El transistor invierte la señal (cambio de fase de 180°), proporcionándole al circuito los 360° necesarios para el cambio de fase total.

Debido a que la carga del cristal es principalmente no resistiva (en su mayor parte la combinación en serie de C1 y C2), este tipo de oscilador proporciona muy buena estabilidad en frecuencia a corto plazo.

Desdichadamente, C1 y C2 introducen pérdidas sustanciales y, por consecuencia, el transistor tiene que tener una ganancia de voltaje relativamente alta; esta es una obvia desventaja.

Oscilador Pierce con circuitos integrados

La siguiente figura muestra un oscilador de cristal Pierce utilizando circuitos integrados (IC).

Aunque proporciona menos estabilidad de frecuencia, se puede implantar utilizando un diseño digital sencillo de IC y reduce sustancialmente el costo sobre los diseños discretos convencionales.

Para asegurar que empiecen las oscilaciones, se invierte la entrada y salida del amplificador A1 para una operación de clase A. A2 convierte la salida de A1 a una oscilación completa del punto de corte a saturación, reduciendo los tiempos de crecimiento y descarga así como el búfer de la salida de A1.

La resistencia de salida de A1 se combina con el capacitor C1 para proporcionar el atraso de fase necesario de RC. Las versiones de CMOS (semiconductor metálico-óxido complementario) operan hasta aproximadamente 2 MHz, y las versiones de ECL (lógica acoplada al emisor) operan hasta 20 MHz.

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