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Como funcionam os Osciladores a Cristal (ART2470)

A estabilidade de frequência de um circuito oscilador atinge um dos seus graus máximos com o emprego de cristais de quartzo. Nas aplicações em que é muito importante gerar um sinal de frequência exata, sob quaisquer condições, a solução normalmente adotada emprega um cristal. Circuitos selecionados com cristais para produzir frequências de 500 kHz a 100 MHz são encontrados no nosso site em grande quantidade na seção Banco de Circuitos constituindo-se numa excelente fonte de informações para o projetista.

Os cristais de quartzo apresentam propriedades piezoelétricas acentuadas.

Quando submetidos a uma tensão elétrica, sofrem deformações mecânicas e vice-versa.

Se utilizarmos um cristal deste tipo num circuito de realimentação, conforme mostra a figura 1, este circuito tende a oscilar numa frequência única, determinada justamente pelas suas características mecânicas, ou seja, dimensões, corte, etc.

 

   Figura 1 – Cristais comuns
Figura 1 – Cristais comuns

 

Em vista destas propriedades, os cristais de quartzo constituem-se em elementos de controle de frequência dos circuitos eletrônicos, podendo ser usados numa ampla faixa de frequências.

Com a utilização de um cristal num oscilador, sua frequência se mantém dentro de valores fixos, determinados pelo cristal, com grande precisão.

Na figura 2 mostramos os diversos tipos de cortes que podem ser feitos num cristal para aplicações em eletrônica.

 

   Figura 2 – Os cortes de um cristal (veja mais no artigo MEM224)
Figura 2 – Os cortes de um cristal (veja mais no artigo MEM224)

 

Na frequência de ressonância de um cristal, sua impedância é próxima de zero.

Na figura 3 mostramos as curvas típicas de operação de um cristal e seu circuito equivalente.

 

Figura 3 – Curvas e circuito equivalente
Figura 3 – Curvas e circuito equivalente

 

Na primeira curva temos o ponto em que ocorre a ressonância e o ponto de “anti-ressonência". A separação entre estes dois pontos indica o fator “Q" do cristal.

Na segunda curva temos os comportamentos dos cristais de diversos cortes, em função da temperatura.

Observamos que o corte GT é o mais estável dos quatro representados, com uma estabilidade em torno de 1 parte por milhão (ppm) numa faixa de 100 graus centígrados!

 

PEQUENAS ALTERAÇÕES DE FREQUÊNCIA

Em princípio, o cristal é recomendado para operar na sua frequência fundamental.

Entretanto, além de termos os cristais que podem operar em frequências múltiplas (sobretom), também existe a possibilidade de se variar ligeiramente a frequência de operação de um circuito que os use, com elementos externos.

Na figura 4 mostramos que a ligação de um variável ou ajustável em série com o cristal, ou ainda de um reator de RF, permite modificar ligeiramente a frequência de oscilações do circuito.

 

   Figura 4 – Alterando a frequência
Figura 4 – Alterando a frequência

 

No site, o leitor encontrará centenas de circuitos osciladores utilizando cristais de quartzo.

 

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