* Si tuviésemos que reducir a un mínimo absoluto la cantidad de tipos de osciladores LC, son tres:
1) Hartley (realimentación inductiva). Las únicas variantes son que la realimentación se inyecte en una derivación, o en un bobinado auxiliar.
2) Colpitts (realimentación capacitiva). Si se ve un capacitor en serie con la bobina (oscilador Clapp), no es cierto que el circuito oscile a la frecuencia de resonancia serie de ese tanque: ese capacitor es en realidad parte de un divisor capacitivo. Si en lugar de la bobina se tiene un cristal, se llama oscilador Pierce, y en la frecuencia de oscilación el cristal se comporta como inductancia.
3) Franklin (resonancia serie). El resonador (LC o cristal) está explícitamente en serie con la realimentación, oscila en su frecuencia de resonancia serie, y necesita que tanto la impedancia de excitación como la de carga sean bajas y resistivas.
* VCOs: con bajas tensiones de sintonía, si la tensión de RF es suficiente llega a producirse algo de rectificación en los varicap. Aparte de otros efectos (perjudiciales o no) que acarree este fenómeno, la presencia de esta corriente rectificada hará que importe mucho el valor de la resistencia en serie con la tensión de sintonía. En un caso, al bajarla de 1M a 10k, bajó la f en un 25% cuando la tensión aplicada externamente era cero.
* Vemos en A) de la figura {OscNotas} un típico oscilador Colpitts:
Re provee realimentación de continua, y Cre es un capacitor de desacople. ¿Pero quién quiere desacoplar algo en ese punto?. La poca RF que pase por el choke, si queda aplicada a Re no le debería molestar. Entonces se decidió sacarlo. El oscilador ya no arrancó. ¿Por qué?. Insistí con el razonamiento: en el diseño original, Cre es lo suficientemente grande como para comportarse como un cortocircuito a la frecuencia del oscilador, y entonces el emisor mirando hacia la red "ve" sólo la reactancia del choke. Entonces, pensé que si se saca Cre tendremos una impedancia mayor (mejor) pues se sumará vectorialmente Re, lo cual debería ser ventajoso para la RF en emisor. Pero la realidad demostraba que algo fallaba en la idea. Veamos.
Supongamos que el choke y Ce son reactancias puras (Q infinito). El choke es una reactancia inductiva. Entonces, al estar en paralelo con la reactancia capacitiva de Ce, equivale para la RF a tener un capacitor de valor algo menor, pero que sigue siendo puro. Pero si ponemos en circuito a Re para la RF, lo que quedará en paralelo con Ce será un inductor con una resistencia paralelo equivalente no infinita, y esta resistencia de pérdidas absorbe parte de la energía de RF, disminuyendo la amplitud o incluso evitando el arranque en casos extremos.
En B) tenemos algunos aspectos poco conocidos de un oscilador:
- Casi todo oscilador trabaja en clase C a menos que se tomen medidas especiales (control automático de nivel, etc.). O sea que la mayor parte del tiempo el transistor está al corte.
- La Vbe medida con un téster de CC es inversa, o bien, menor que los 0,7V que cabría esperar. Esto se explica con el punto anterior (clase C). Lo mismo pasaría en un amplificador acoplado a capacitancia y sobreexcitado. Salvando las distancias, tenemos el mismo fenómeno al medir la tensión media sobre un diodo de cualquier fuente de alimentación: da que está en inversa.
* En {MatemOsc} los amantes de la matemática se encontrarán a sus anchas deduciendo cómo es que oscila un Colpitts:
Para simplificar, se supone un transistor con hfe infinito (o bien un FET), y capacitores con Q infinito. Se termina demostrando que el efecto del transistor en el circuito es agregar una resistencia negativa en serie con los capacitores. Si la suma de esta resistencia más la de pérdidas de la bobina da negativo, el circuito oscila. En el caso del ejemplo (es la versión Clapp, Colpitts con derivación capacitiva), vemos que esta condición se cumple holgadamente. Esto significa que la amplitud de la oscilación arrancará y crecerá rápidamente, y cuando el transistor comience a limitar su gm efectiva disminuirá hasta que la -R generada iguale automáticamente la de la bobina.
* Tallar cristales en casa: de la 2a guerra mundial quedó un surtido de cristales FT243, esos que se pueden desarmar sacando los tornillos y que tienen el cristal entre dos chapitas. Las revistas de los años 60 y 70 sugerían la posibilidad de subirlos de frecuencia por adelgazamiento: frotándolos contra un vidrio con polvo limpiador describiendo un ocho, o sumergiéndolos en ácido fluorhídrico. Actualmente estas manipulaciones están en la categoría de "de miedo": se corre el riego de que los cristales resultantes sean de "poca actividad" o sea alta R serie (que no arranquen en un oscilador), o tengan demasiado marcados los modos no deseados (cosa indeseable si son para un filtro). Si a uno se le va la mano con el adelgazamiento, el remedio era agregar grafito con un lápiz, lo cual baja aún más la actividad. Además, ya no son fáciles de conseguir. Los más modernos son herméticos porque son al vacío o de atmósfera inerte, debido a que el cuarzo está conectado a los alambres mediante metalizaciones en sus caras. Si se tiene la osadía de abrir uno (alguien lo hizo para cambiar a PAL N los cristales de PAL M) al cabo de un tiempo dejará de oscilar porque se oxidó el metalizado. Consejo: mande hacer el cristal, o intente rediseñar el circuito para la frecuencia de los que pudiera encontrar, o genere las frecuencias que necesite por sintetizador.
* Tomado de una nota de aplicación de sintetizadores MC145xxx: es normal que la frecuencia de un oscilador a cristal con CMOS aumente muy levemente al subir Vdd. Si baja o se vuelve inestable es porque está sobreexcitado: hay que colocar (o aumentarla si ya está) una R en serie con la salida del oscilador.
* Es común conmutar cristales con diodos, figura {XtalSwch}:
A) es el circuito original con un solo cristal. En B) se polariza en directa a uno u otro diodo (en este caso en particular, ello se logra poniendo a masa el resistor respectivo, y el CI suministra la corriente de polarización). Pero aquí la resistencia de conducción del diodo queda directamente en serie con la del cristal, lo que puede comprometer el arranque si es un cristal con baja "actividad" (alta R serie). En C) se tiene una opción mejor: el diodo simplemente aumenta la resistencia de salida del oscilador, pero no está dentro del circuito resonante.
Si uno no está obligado a respetar el oscilador único del diseño original, es más aconsejable usar un oscilador independiente para cada frecuencia, y conmutar sus alimentaciones.
* Se puede hacer oscilar en 3er o 5o sobretono a casi cualquier cristal hecho para fundamental. P. ej. un cristal de 7,16MHz colocado en un oscilador preparado para oscilar en sobretono a 21,48MHz, arrancará en dicha frecuencia como si hubiese sido fabricado para ello.
* Que quede en claro: cuando un cristal se hace oscilar en un sobretono, NO genera absolutamente NADA de energía a la frecuencia de resonancia natural, ni a las de otros sobretonos.
* Si no está seguro si eligió bien un plan de frecuencias, y teme que haya pajaritos (lo que obligaría a cambiar el plan y tener que encargar un cristal de otra frecuencia), conecte provisoriamente un generador variable en los terminales donde irá el cristal (si es que uno de ellos es masa). En algunos casos, basta con reemplazar el cristal por un circuito LC.
Pero atención: en un oscilador a cristal de sobretono, hay inevitablemente un LC que es el encargado de favorecer la oscilación en el sobretono correcto; si el cristal se reemplaza por un cortocircuito, se tendrá una oscilación a la frecuencia de dicho LC. Esta es la razón por la cual al reemplazar un cristal por un oscilador externo en su zócalo, el oscilador insistía en desobedecer a la frecuencia externa a menos que su nivel fuese bien alto. Para garantizar que el oscilador deje de oscilar y obedezca a funcionar como amplificador, se colocó algunos cientos de ohm en serie con el generador.
* ¿Por qué los osciladores a cristal son más estables que los LC?. Uno se tienta de responder "porque los cristales son más estables". Pero hasta ahí tenemos la mitad de la verdad. Supongamos un circuito con bobina y capacitor que estén perfectamente compensados en temperatura. Al conectarles un elemento activo real para conformar un oscilador, éste ya no será tan perfecto, debido a que todo elemento activo tiene impedancias de entrada y salida con partes capacitivas que sí dependen de la temperatura. Lo que se hace entonces es conectar flojamente el transistor al sintonizado (en derivaciones capacitivas o inductivas) para que estas capacitancias viajeras intervengan lo menos posible en la determinación de la frecuencia.
Pero aún si pudiésemos usar una derivación muy baja sin que deje de oscilar, todavía hay un factor que conspira contra la estabilidad: el desfasaje del transistor también es variable con la temperatura. Todo oscilador oscila a la frecuencia en que la suma del desfasaje del amplificador más el de la red selectiva da exactamente cero. Si el desfasaje del amplificador varía, para mantener nula la suma de desfasajes, la frecuencia inevitablemente tendrá que variar. ¿Y cuánto variará?. Depende del Q cargado del resonador: si es un cristal, será muy poco lo que tenga que correrse la frecuencia de oscilación para mantener la fase, y éste es el último secreto de la estabilidad con osciladores a cristal: su alto Q.
* Sí, es cierto, los cristales de menor frecuencia envejecen menos, para igual corte y modo. Supongamos que deseamos tener un generador patrón de 10MHz y se dispone de estos 3 cristales (todos con el mismo corte AT):
1) 10MHz en modo fundamental.
2) 3,333MHz en modo fundamental, seguido de una etapa triplicadora.
3) 10MHz en 3er sobretono.
Los 10MHz generados con el método 2 serán más estables en el tiempo que con el 1 pues el cristal es más grueso.
El método 3 es igual de bueno que el 2, porque un cristal de 10MHz 3er sobretono en realidad es uno de 3,333MHz en fundamental, y también se aplica el criterio del grosor. Si no fuera porque el 3er sobretono no es exactamente el triple de la fundamental, los cristales de 2) y 3) podrían ser el mismo.
Lo que NO es cierto es la creencia tristemente difundida de que los cristales de menor frecuencia son más estables porque a igual porcentaje de corrimiento la cantidad de hertz corridos es menor. Es una tontería, lo que importa es el corrimiento porcentual (mejor dicho, relativo), no los Hz (corrimiento absoluto), pues si se usa un cristal de baja frecuencia y después hay que multiplicar, el corrimiento absoluto también se multiplica por el mismo factor.
* Son escasos los osciladores que hacen trabajar al cristal en su resonancia serie. Por lo tanto, la frecuencia marcada en un cristal es CASI siempre la que corresponde a la resonancia paralela, la cual CASI siempre se especifica para la condición de tener 20pF externos en paralelo. Los antiguos cristales FT243 se solían especificar para 32pF, pero en la práctica la diferencia de frecuencia resultante de suponer el valor equivocado no es importante, a lo sumo se retocará al probarlo. Véase la figura en el capítulo Filtros a Cristal con la gama que se pudo hacer variar a un oscilador a cristal.
Si la f marcada es superior a 20 ó 25MHz lo más probable es que sea de sobretono. Para salir de dudas, conéctelo a un oscilador Pierce simple, sin circuitos sintonizados, el cual oscila automáticamente a la natural. Entre 20 y 50 MHz cabe suponer que es de 3er sobretono; y por encima de 50MHz, de 5º o 7º, pero no es importante saber la frecuencia natural ni el orden de sobretono: si dice 50MHz, simplemente el resonante se deberá sintonizar a 50MHz.
Una excepción es cuando el cristal lleva marcada no su propia f (natural o sobretono) sino la que saldrá por la antena tras una serie de etapas multiplicadoras. Se hace así por comodidad para el usuario de un equipo específico, a quien le interesa la f final. Para evitar cualquier duda, los fabricantes de cristales prefieren que se les provea el circuito real en donde se usará.
Otra excepción son las tecnologías especiales para fabricación de cristales, desde los años 90, en que la fundamental puede llevarse mucho más arriba de 20MHz, pero no son comunes.
* En un transmisor de ATV para 440MHz, el oscilador de sobretono no siempre generaba la misma frecuencia: había tanto como 100kHz (en antena) entre los dos posibles modos de oscilación. Esto habla de un pésimo cristal, con espurias muy marcadas. No era culpa de que el oscilador se largase a autooscilar, ya que en cualquiera de las dos frecuencias posibles no se podía correr la frecuencia tocando el LC del oscilador.
* Normalmente, los cristales no son influenciados por la tensión continua aplicada. Si realmente se necesita evitarla (p. ej. porque es de alto valor, como en los circuitos valvulares), no basta con colocar un capacitor en serie, pues muy probablemente tendrá una resistencia de aislación menor que la del cuarzo, y la mayor parte de la tensión seguirá estando aplicada a éste. Para evitarlo, se deberá poner además un resistor de valor muy alto, digamos 10 megohm, en paralelo con el cristal.