LABORATORIO N°3: OSCILADOR COLPITTS CONTROLADO POR CRISTAL

I. Objetivos:

1. Estudio de los sistemas electrónicos usados en radiocomunicación.2. Análisis y diseño de los sistemas electrónicos3. Nos permite conocer los elementos reactivos, inductancias, condensadores, líneas

de energía, cristales piezoeléctricos.4. Conocer los usos de los cristales.

II. Marco Teórico:

CRISTALES DE CUARZO

Algunos cristales encontrados en la naturaleza presentan el efecto piezo-electrico. Cuando se aplica una tensión alterna a través de ellos, vibran a la frecuencia de la tensión aplicada de manera que inversa si mecánicamente se les obliga a que vibren, generan una tensión alterna de la misma frecuencia. Las principales sustancias que producen el efecto piezo-electrico son el cuarzo las sales de rochelle y la turmalina.

La piezo-electricidad es electricidad creada por una presión mecánica. En un material piezoeléctrico, al aplicar una presión mecánica sobre un eje, dará como consecuencia la creación de una carga eléctrica a lo largo de un eje ubicado en un ángulo recto respecto al de la aplicación de la presión mecánica.

En algunos materiales, se encuentra que aplicando un campo eléctrico según un eje, produce una deformación mecánica según otro eje ubicado a un ángulo recto respecto al primero.

FRECUENCIA FUNDAMENTAL Y SOBRETONOS

Casi siempre el cristal se corta y se monta para vibrar adecuadamente en una de sus frecuencias de resonancia, generalmente la frecuencia fundamental o frecuencia mínima. Las frecuencias de resonancia mayores, llamadas sobretónos, son múltiplos casi exactos de la frecuencia fundamental. Por ejemplo, un cristal con una frecuencia fundamental de 1Mhz tiene un primer sobretono aproximadamente de 2 Mhz, un segundo sobretono aproximadamente de 3 Mhz, y así sucesivamente.

La formula de la frecuencia fundamental de un cristal es f = K/t

donde K es una constante que depende del corte y otros factores, y t es el espesor del cristal. Es obvio que la frecuencia fundamental es inversamente proporcional al espesor.

Por esta razón, hay un límite practico para la frecuencia mas alta que se puede alcanzar. Cuanto mas delgado sea el cristal, mas frágil es y mayor probabilidad hay de que se rompa debido a las vibraciones.

Los cristales de cuarzo trabajan adecuadamente hasta los 10 Mhz de frecuencia fundamental. Para lograr frecuencias mas altas, podemos emplear un cristal que vibre en los sobretonos. De esta forma, podemos alcanzar frecuencias de hasta 100Mhz.

Ocasionalmente, la turmalina, mas cara, pero mas resistente se emplea a frecuencias mayores.

CIRCUITO EQUIVALENTE PARA SEÑAL

El capacitor CO o capacidad en paralelo, representa en total la capacidad entre los electrodos del cristal más la capacidad de la carcaza y sus terminales. R1,C1 y L1 conforman la rama principal del cristal y se conocen como componentes o parámetros motional donde:

L1 representa la masa vibrante del cristal,

C1 representa la elasticidad del cuarzo y

R1 representa las pérdidas que ocurren dentro del cristal.

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III.- Experiencia:

Diseño:

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Figura 5. Circuito de la Experiencia

Equipos y Materiales:

1. Circuito oscilador con cristal de 10 MHz2. Osciloscopio3. Frecuencímetro

4. Multímetro digital5. Puente de impedancias para determinación de inductancia6. Fuente de alimentación de 12v7. Cables y conectores

Procedimiento:

1. Medir con el puente RLC el valor de la inductancia L con el núcleo de ferrita totalmente adentro y totalmente afuera.

Con el núcleo de ferrita totalmente dentro L=10uH2. Con el valor de L calcular el valor de C5 necesario para que el

circuito resuene a la misma frecuencia del cristal. L =5uH tenemos C=5pF

3. Conectar a la salida del oscilador un osciloscopio y el frecuencímetro y poner en funcionamiento el circuito, ajustando el núcleo de L hasta obtener la máxima amplitud de salida.

Vmax =61.5 v para L =5uF4. Variar el condensador (de lado del cristal) hasta obtener en la

salida una señal cuya frecuencia coincida con la indicada en la carcasa del cristal.

Se varía hasta el 40% de un condensador de 47uF.5. Producir una variación en la tensión de alimentación de 10% y

medir el corrimiento de frecuencia. Con ambas variaciones la frecuencia varia máximo 0.3Mhz

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