Oscilador de 10Mhz con 74HC00

por Mario 18 diciembre, 2010, 4:11 pm 21 Comments

La construcción de osciladores es tan rica en variedad de circuitos como en aplicaciones. Encontramos circuitos construidos alrededor de inductancias y capacitores, de resistencias y capacitores, de cristales y hasta de diodos específicos. Además de necesitar al menos un elemento semiconductor activo, como puede ser un transistor o un circuito integrado, los osciladores pueden alcanzar diseños muy sofisticados o muy simples. Este oscilador que hoy te presentamos posee la característica de ser muy sencillo y de poseer una variedad de aplicaciones muy importante. Un cristal de 10Mhz, un IC CMOS 74HC00 y algunas utilidades sorprendentes. Todo, dentro este artículo.

Uno de los osciladores elementales que la teoría nos acerca en primera instancia es lo que se conoce como circuito tanque o circuito LC y que tiene la propiedad de trabajar en un rango de frecuencias casi totales, es decir, no existen limites en las frecuencias que se pueden obtener con un circuito de este tipo, excepto las lógicas limitaciones físicas y constructivas de una inductancia y un capacitor. Sobre este tipo de osciladores que se utiliza mucho en radiofrecuencia ya hemos hablado lo suficiente cuando desarrollamos el circuito del Dip Meter. Sin embargo, la arquitectura de un oscilador no se estanca allí. Por fortuna, podemos construir otro tipo de osciladores más sencillos gracias a los cristales piezoeléctricos de cuarzo. Un tipo muy particular de oscilador es el que veremos en este artículo y que está construido alrededor de una compuerta NAND CMOS de un 74HC00.

El circuito es muy sencillo y no requiere demasiada explicación, salvo los cuidados lógicos que debemos tomar cuando ponemos a funcionar osciladores que trabajan más allá de los 2Mhz. Conexiones cortas, planos de tierra o GND generosos, y de ser posible, un pequeño blindaje para que la oscilación no alcance y afecte el correcto funcionamiento de otros circuitos en las proximidades. Este cuidado debe ser especial cuando lo utilizamos embebido en una aplicación. En las imágenes puedes observar que la alimentación es a partir de una batería de 9Volts a la que se le conecta un diodo zener encargado de estabilizar la alimentación del 74HC00 a 5,1Volts. De este modo, en una aplicación posible, podemos utilizar este circuito como oscilador principal para nuestros desarrollos con microcontroladores. Existen muchos casos en que un oscilador ya armado puede resultar de utilidad para ensayos, y pruebas de todo tipo. Además, el circuito que te mostramos es capaz de trabajar con cristales de una amplia gama de valores según nuestras necesidades. Es decir, puedes hacer de este desarrollo un probador de cristales de cuarzo y controlar su valor de resonancia con un frecuencímetro y su forma de onda con un osciloscopio.

: Una pequeña caja metálica es ideal para su montaje

: El PCB debe entrar con comodidad en el interior del gabinete

: El 74HC00 es el artífice de un funcionamiento "especial"

Además, este tipo de circuito integrado puede trabajar con tensiones de 3,3Volts por lo tanto, las posibilidades de uso como oscilador maestro para ensayos con toda clase de microcontroladores se consolidan. Como se observa en el siguiente video y en las imágenes anteriores, nosotros lo instalamos dentro de una caja metálica para tratar de evitar cualquier emisión no deseada y conectamos la salida a un conector F hembra. Antes de seguir, vale recordarte que bajo este mismo circuito puedes utilizar cualquier tipo de compuertas NAND (inversoras). Es decir, haciendo las correcciones apropiadas a la disposición de pines puedes utilizar, por ejemplo, un CD4093B para construir este oscilador. Incluso, inversores simples como trae el CD4069B son útiles para poner en marcha un oscilador. Vale decir que, cualquier compuerta inversora CMOS puede emplearse para construir u oscilador con un cristal de cuarzo. La tecnología CMOS (CD40XX) nos permite utilizar en forma directa una batería de 9Volts en la alimentación, en cambio las series (también CMOS) 74HCXX nos permiten una tensión de trabajo de hasta 6Volts de alimentación según las hojas de datos de los fabricantes.

¿Qué podemos hacer con un oscilador de estas características? Veamos: Inyectores de señales para ajustar receptores, osciladores fijos para transmisores de radio, generadores de reloj (clock) para ensayar nuestros desarrollos con microcontroladores, probadores de cristales de cuarzo o hasta un sencillo probador de puertas CMOS entre miles de aplicaciones posibles. Pero, ¿qué tiene de particular trabajar con un 74HC00? Muy sencillo. Es lo que podemos llamar un generador de armónicos. ¿Y eso que es? Además de generar una frecuencia fundamental de oscilación, que estará en correspondencia con el cristal de cuarzo utilizado, este circuito tiene el ¿defecto? de generar múltiplos de la frecuencia fundamental. Esto es, si organizamos nuestro oscilador con un cristal de 10Mhz obtendremos, además de la oscilación fundamental, una señal en 20Mhz, otra en 30Mhz, otra en 40Mhz, otra en 50Mhz y así en forma sucesiva hasta los valores de frecuencia que el circuito integrado sea capaz de trabajar. Esto es, más de 200Mhz según el fabricante y el tipo de compuerta para circuitos integrados CMOS 74HCXX. Esta característica de trabajo nos permitirá acceder a lo que podemos denominar un marcador para nuestro Analizador de Espectro NeoTeo.

A partir de frecuencias conocidas en las diversas bandas, pueden ser emisoras de FM, torres de transmisión de aviación, sistema de enlaces de programa de radios AM, canales de TV por aire o por cable, cualquier referencia conocida puede ser útil para determinar los valores aproximados de frecuencias desconocidas aprovechando las propiedades de funcionamiento de nuestro oscilador – marcador. Es muy sencillo, es muy simple de construir y puede ser un circuito muy efectivo en cualquier momento y situación. Esperamos que te sea de utilidad conocer una de las tantas formas que existen de construir un oscilador y te invitamos a que nos cuentes (y nos muestres), ¿qué otro uso le darías? y si ya tienes uno, ¿en qué lo aplicas? Un circuito ideal para jugar con cualquier cuarzo y sus múltiplos durante estas vacaciones. Ten cuidado, generar interferencias intencionales está penado por la legislación. Intenta utilizar cristales de cuarzo que no afecten a otros servicios públicos. ¡Diviértete, aprende, y disfruta de la electrónica y sus sorpresas!