laboratorio radio 1

7/23/2019 Laboratorio Radio 1

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“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

UNIVERIDAD !E"N#$%&I"A DE$ PER'

FA"U$!AD DE IN&ENIERIA I!E(A ) E$E"!R%NI"A

“$A*#RA!#RI# N+ ,”

OSCILADORES A CRISTAL

"UR# - "IR"UI!# DE RADI# ) A$!AFRE"UEN"IA

PR#FE#R - Ruelas Alvarado, Saúl

IN!E&RAN!E : Sacsa Chulluncuy, Carlos Alberto

Quintana Aguilar, Jannet

Zambrano Alarco, Guillermo

!URN# : NC!"

#$%A & '"R(./,0



I1 #*2E!IV#-

• $denti)icar un oscilador a cristal y medir los volta*es de o+eracin de dc-• %ostrar la o+eracin y medir la )recuencia de un oscilador a cristal-• .eri)icar la ganancia, corrimiento de )ase y volta*e de retroalimentacin /ue se

re/uieren +ara mantener la oscilacin abriendo una malla de retroalimentacin deloscilador a cristal-

II1 E3UIP# ) (A!ERIA$E-

• 0uente de energ1a 23 .dc & 45 mA6-• %ult1metro digital-• scilosco+io-• Generador de )unciones de R0-• 54 Resistencia 45 78 9 R4• 54 Resistencia ,; 78 9 R<• 54 Resistencia =,> 78 9 R?• 54 Resistencia @, 78 9 R=• 54 Resistencia <;5 8 9 R@• 54 Condensador ?5 +0 9 C4• 54 Condensador => +0 9 C<• 54 Condensador 5,554 0 9 C?• 54 Condensador 5,4 0 9 C=• 54 Bransistor N'N <N<<43A 9 Q4• 54 Cristal ?,@>3@=@ %! 9 D4

III1 FUNDA(EN!# !E%RI"#

#os osciladores de radio)recuencia, basados en circuitos tan/ues, +resenta elinconveniente de su inestabilidad de )recuencia ante )actores tales como:



• Bem+eratura• Ruido• !umedad• Carga del circuito• Alimentacin• Cambio de las caracter1sticas del transistor, etc

"n A+licaciones en /ue se re/uieren una alta estabilidad de la )recuencia de oscilacin, esrecomendable em+lear el cristal de cuaro como elemento generador de las oscilaciones-

Ena de las caracter1sticas mFs interesantes del cuaro al igual /ue otras materiascristalinas, es el e)ecto +ieoelctrico-

Cuando se e*erce +resin mecFnica en caras o+uestas de uno de los cristales, debidamentetallados, se +roducen cargas elctricas de +olaridad o+uesta en esas caras- Si se invierte el

sentido del +ar de )ueras e*ercidas sobre el cristal, observamos /ue tambin se invierten las +olaridades de la carga generadas, si hacemos variar alternativamente el sentido de la +resine*ercida sobre el cristal, en las caras de este, se genera mecFnicamente un volta*e de corrientealterna-

#os osciladores de cristal son circuitos osciladores de retroalimentacin, en donde elcircuito tan/ue #C se reem+laa con un cristal +ara el com+onente /ue determina la)recuencia- "l cristal actúa de manera similar al tan/ue #C, eHce+to /ue tiene varias venta*asinherentes- A los cristales se les llama a veces resonadores de cristal y son ca+aces de +roducir )recuencias +recisas y estables +ara contadores de )recuencias, sistemas electrnicos de

navegacin, transmisores y rece+tores de radio, televisores, video casseteras 2.CR6, relo*es +ara sistemas de com+utacin, y muchas otras a+licaciones demasiado numerosas +ara listarsea/u1-

#a cristalogra)1a es el estudio de la )orma, estructura, +ro+iedades y clasi)icacin de loscristales- #a cristalogra)1a trata con redes, uniones, y el com+ortamiento /ue tienen las +artesdel cristal /ue han sido cortadas en varios Fngulos con relacin al e*e del cristal- #as +ro+iedades mecFnicas de las redes de cristal les +ermiten eHhibir el e)ecto +ieoelctrico-#as secciones de los cristales /ue han sido cortadas y +ulidas vibran cuando se a+lican losvolta*es en com+onente de alterna a travs de sus caras- #as dimensiones )1sicas de un cristal, +articularmente su grosor, dnde y cmo se cort, determinan sus +ro+iedades elctricas y

mecFnicas-Efecto 4ie5oel6ctrico1

Iicho en )orma sencilla, el e)ecto +ieoelctrico ocurre cuando las tensiones mecFnicasoscilatorias a+licadas a travs de una estructura de lattice de cristal 2escalera6 generanoscilaciones elctricas, y viceversa- #a tensin +uede ser a+retando 2com+resin6, estirando,torciendo 2torsin6, o cortando- Si la tensin se a+lica +eridicamente, se alternarF el volta*e



de salida- "n )orma contraria, cuando un volta*e alterno se a+lica a travs de un cristal en ocerca de la )recuencia de resonancia natural del cristal, el cristal se rom+erF

!ay dos )ormas de utiliar el cristal +ara construir un oscilador, en serie y en +aralelo- "nserie el circuito oscila cuando el cristal se com+orta como un cortocircuito, a s- !ace )altaun circuito #C +ara determinar el armnico en /ue va a oscilar- "n modo +aralelo el cristalsustituye a la bobina, en s K K a- #as )iguras 2a6 y 2b6 son dos e*em+los de la utiliacindel cristal en modo serie y +aralelo-

#a )recuencia del oscilador no es eHactamente la +ro+ia de oscilacin del cristal- "sta semodi)ica +or la ca+acidad del circuito eHterior, en serie si )unciona en modo serie y en

+aralelo si )unciona en modo +aralelo-

"ircuito El6ctrico E7uivalente

"l circuito elctrico e/uivalente /ue se muestra a continuacin es un es/uema del cristalde cuaro traba*ando a una determinada )recuencia de resonancia- "l ca+acitor Co o ca+acidaden +aralelo, re+resenta en total la ca+acidad entre los electrodos del cristal mFs la ca+acidadde la carcasa y sus terminales- R4,C4 y #4 con)orman la rama +rinci+al del cristal, donde:



· #4 re+resenta la masa vibrante del cristal-· C4 re+resenta la elasticidad del cuaro-· R4 re+resenta las +rdidas /ue ocurren dentro del cristal-

IV1 PR#"EDI(IEN!#

#*2E!IV# A1 Identificar un oscilador a cristal y medir los volta8es de o4eración de dc1

,1a1 $m+lementar el circuito de la )igura 4-



,191 bserve el cristal D4- LCuFl es la )recuencia marcada en el enca+sulado del cristalM

R+ta: #a )recuencia del cristal es 4%h-

,1c1 Calcular . 2des+recie la corriente de base a travs de R46 usando la ecuacin +ara ladivisin de volta*e-

R+ta: . 9V CC X R2

R1+ R2=3.64V

,1d1 Conectar tem+oralmente un +uente entre los +untos A y -

,1e1 A*ustar .CC a 3 .dc-

,1f1 %edir y registrar los volta*es de dc en la base, emisor y colector de Q4- Ese unmult1metro +ara hacer todas las mediciones de volta*e de dc del transistor-



. 9 ?->5.

." 9 ?-4 .

.C 9 -=.

,1:- $ndicar si Q4 estF +olariado directamente-

R+ta: S$

,1;- $ndicar si el valor calculado de . concuerda con el valor medido-

R+ta: S$

#*2E!IV# *1 (ostrar la o4eración y medir la frecuencia del oscilador a cristal1

.1a1 %edir el volta*e de ac 2+ico a +ico6 en el colector, la base y el emisor de Q4usando eloscilosco+io-

eB9 @5 mv

eE 9 ?;5 mv

eC 9 @-==v

.191 "ncontrar la ganancia de volta*e del oscilador a cristal usando los valores de e c y e b

R4ta- AV =e0

e1

=5.44V

560mV =9.71

.1c1 LCmo se sabe /ue el circuito estF oscilandoM

R4ta1 'or/ue se estF generando una seOal a la salida-



.1d1 Conectar el oscilosco+io entre el terminal de salida y tierra de su oscilador de cristal-

.1e1 %edir el +eriodo de un ciclo com+leto de volta*e de salida-

R+ta: T 9 4-553 μ s

.1f1 Calcular la )recuencia del oscilador usando la medicin del +eriodo-

R+ta: f 0=

1

T =991.08 K h z

.1:1 Com+arar su )recuencia medida contra la )recuencia marcada en el cristal-LConcuerdan ambos valoresM

R+ta: Si

.1;- LSe dir1a /ue el cristal es la com+onente /ue determina la )recuencia en el circuitoM

R+ta: Si

.1i1 Reducir el volta*e de la )uente de energ1a a cero-



#*2E!IV# "1 Verificar la :anancia< corrimiento de fase y volta8e deretroalimentación 7ue se re7uieren 4ara mantener la oscilación a9riendo una mallade retroalimentación del oscilador a cristal1



=1a1 Quitar el +uente entre los +untos A y del circuito oscilador a cristal-

=191 A*ustar el volta*e de la )uente de energ1a a 3 .dc-

=1c1 A*ustar el generador de )unciones a una salida no modulada a una )recuencia de

?,@ a ?, %!-

=1d1 Conectar la salida del generador de )unciones entre el terminal y la tierra delcircuito oscilador-

=1e1 A*ustar la salida del generador de )unciones a @55 m.++-

=1f1 bservar la salida en el colector de Q4 con el oscilosco+io- A*ustar cuidadosamente la)recuencia del generador de )unciones hasta /ue la de)leHin del oscilosco+io muestreuna onda senoidal de mFHima am+litud en la )recuencia de resonancia del oscilador acristal- Se debe de hacer este a*uste muy cuidadosamente debido a la caracter1stica de

resonancia marcada del cristal, +ues en caso contrario +uede no detectar el +unto deresonancia del circuito- En valor t1+ico es de = .++ en la )recuencia de resonancia-

=1:1 Rea*uste el volta*e de salida del generador de )unciones hasta /ue el oscilosco+iodes+liegue eHactamente = .++ en el colector de Q4-

=1;1 %over la +unta del oscilosco+io a la base de Q4 y medir la seOal de entrada-

=1i1 $ndicar si es medible el valor de volta*e en el terminal A, y en caso a)irmativo, L/ure+resentaM

?-i- $ndicar si es medible el valor de volta*e en el terminal A, y en caso a)irmativo, L/u

re+resentaM?-*- $ndicar /ue determina el valor del volta*e en el terminal A-

?-P- %over la +unta del oscilosco+io al terminal A y medir el volta*e de retroalimentacin/ue normalmente se a+licar1a a la base de Q4-

?-l- Calcular la ganancia alrededor de la malla en su circuito oscilador a cristal utiliandolos valores 2h6 y 2P6-

?-m- "l volta*e de malla cerrada en el oscilador debe ser 2K o 6 la unidad +ara sostener laoscilacin-

R+ta: Iebe ser mayor a la unidad, a+licando el criterio de arPhausen, en el cual nosdice /ue solo A9 4 debe de cum+lirse +ara /ue se +roduca oscilaciones autosostenidas-

?-n- $ndicar si los resultados de 2l6 con)irman la conclusin-

R+ta: Si



=-a- %over la +unta del oscilosco+io del terminal A al terminal -

=-b- %edir el corrimiento de )ase de la seOal del colector con res+ecto a la base-

R+ta: "l corrimiento es de a+roHimadamente 4;5-

=-c- %edir el corrimiento de )ase en el terminal A con res+ecto a la base-

=-d- "n la con)iguracin de malla abierta, Llos terminales A y estFn elctricamente en elmismo +untoM

=-e- LCmo se eH+lica el corrimiento de )ase de a+roHimadamente 4;5 del colector alterminal A en su circuito oscilador a cristalM

R+ta: #a resistencia y el condensador de retroalimentacin +ro+orcionan un atraso en)ase a la seOal de retroalimentacin y como la im+edancia del cristal

combinada con la reactancia del condensador com+letan los 4;5 de atraso en)ase- #uego el transistor invierte la seOal, +ro+orcionadole al circuito los ?5necesarios +ara el cambio de )ase-

=-)- "H+resar si las mediciones del corrimiento de )ase indican /ue el circuito oscilador acristal tiene los corrimientos de )ase re/ueridos alrededor de la malla +ara sostener laoscilacin-

R+ta: los valores obtenidos en las mediciones de )ase son de 4;5 con lo cual se tieneel atraso de des)ase /ue necesita el transistor-

=-g- a*ar los volta*es de la )uente de energ1a a cero-



V1 "#N"$U"I#NE

4-T "l oscilador a cristal +uede utiliarse en a+licaciones, donde otros ti+os de osciladores

no son muy e)icientes, debido a /ue +ueden +resentar variaciones en su )recuencia-

<-T "l cristal tiene < )recuencias de )ase cero, siendo la mFs ba*a la )recuencia de

resonancia en este +unto el cristal se com+orta como una resistencia, la im+edancia es

m1nima y la corriente /ue circula es mFHima, al incrementar la )recuencia se llega a la

)recuencia de antiresonancia en la cual la im+edancia es mFHima y la corriente es

m1nima-



VI1 #*ERVA"I#NE

4-T Al desconectar el +uente entre los +untos A y de nuestro circuito, se coloca el

generador de )unciones en el +unto y tierra, luego se incrementa la )recuencia hasta

llegar a la )recuencia de Antiresonancia del cristal, el cual ser1a el valor a+roHimado de

nuestro cristal, esto es debido a el cristal se com+orta como una resistencia con una

im+edancia muy alta- Asimismo en nuestro oscilosco+io recin en ese +unto se

a+reciar1a con mayor claridad la onda de la )recuencia-

<-T "legir adecuadamente la escala del volt1metro y am+er1metro, ya /ue a mayor escala

el +orcenta*e de error relativo aumenta-

?-T "l generador de onda /ue se utili en el laboratorio traba*aba a ba*as )recuencias, esto

obstaculio el obtener la seOal adecuada del cristal-

=-T Cuando se colocaba )recuencias como 3;5 %h la seOal se distorsionaba-

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