Oscilador de 10Mhz con 74HC00

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.

Circuito propuesto para el oscilador

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.

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!

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  • gabo

    Mui bueno 😀 pensar que nosotros que estudiamos para tecnicos en electronica.. (recien resivido) siempre estudiamos lo que se llamaba un analisador de expectro y llegamos a ver uno solo en las antenas de comunicacion satelital en bosque alegre.. y nos parecio de otro mundo..y que con algo tan simple se puede realisar uno con el osciloscopio.. es mui interesante ! y con cosas que ya hemos estudiado.. realmente es un gusto poder conocer estas cosas.. desde ya mui buen articulo 😀

    • asdf

      no es por trollear, pero tu ortografía deja mucho que desear XD

  • cdr

    Hola Mario muy buen articulo, nos gustaría que los artículos de neoteo tuvieran cálculos matemáticos, para saber como se obtienen los valores de los componentes (por que condensadores de 22pf, resistencia de 1M, así le daríamos al articulo un enfoque pasando de lo tecnico a ingeniería.

    • gonzalo

      No estoy seguro, pero creo que los capacitares de 22 pf son para poner a oscilar el cristal.
      Con respecto a lo de las ecuaciones opino lo mismo.

    • Mario Sacco

      Hola!

      Mi idea personal siempre ha sido colocar en los artículos la menor cantidad posible de desarrollos matemáticos. Mi interés fundamental es "mostrar". Mostrar que algo existe, que se puede construir en forma sencilla y que por supuesto, se pueda ver en funcionamiento. Si no puedo mostrarlo en funcionamiento siento una sensación de que no está completo.

      A mí no me interesa la cantidad de octanos que tiene el combustible. Me interesa pasear en auto.

      Este artículo hubiera sido muy diferente si lo hubiéramos (o hubiésemos) tomado por el lado de que estamos hablando de un Oscilador del tipo Pierce, del Q necesario del Xtal para que la oscilación se produzca, y todos los parámetros que posee un IC CMOS 74HCXX para que la realimentación exista como en la práctica aparece y porqué motivos el circuito comienza a oscilar.

      No es esa mi intención. Eso será un resultado de el entusiasmo de ustedes por seguir aprendiendo un poco más. O no. ¿Quién puede saberlo?

      Es como mostrarle un juguete a un niño: No se le explica cómo está construido, sino como se usa para jugar. Si al niño le interesa, en el futuro estudiará para construir sus propios juegos.

      Si el padre de Maradona (o de Messi) antes de regalarle la primera pelota de fútbol le hubiera (o hubiese) obligado a estudiar "Tiro vertical", "Caída Libre" y "Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado", estos muchachos hoy estarían manejando un taxi.

      Mis artículos siempre estarán enfocados de ese modo. Utilizar la menor cantidad de cálculos posibles. Si hubiesen sido necesarios, estarían en el artículo, pero este tipo de osciladores poseen propiedades muy especiales. Puedes colocar capacitores de 100pF en lugar de 22pF que el circuito funcionará igual. Puedes colocar una resistencia de 3M3 que el circuito también funcionará. Es decir, no hay variables críticas que alteren ni la frecuencia, ni la amplitud de la señal generada en este tipo de osciladores.

      Por último (y a rigor de verdad) hay muchas cosas que no las sabría. Que no las sé y quizás no las sepa nunca. Eso es lo que cada día me entusiasma más de la electrónica. Aprender, buscar, investigar, crecer y compartirlo con ustedes.

      Nadie puede saberlo todo y aquel que crea que sí puede… lo lamento por él. :))

      Saludos amigos!
      Mario

      PD: Los espero en el foro para compartir experiencias. 🙂

      • cdr

        Entiendo, pero un poquito de matemáticas enriquece la publicacion, no digo escribir la teoría por ejemplo del condensador con integrales.

        Así la publicacion le llegaría a todos ya sea un aficionado, un tecnico, tecnologo, ingeniero, maestro, doctor.

  • gonzalo

    La generación de los armónicos es por la descomposición en series de fourier de la onda cuadrada que genera?

    • Mario Sacco

      La generación de armónicos es un fenómeno físico.
      Fourier propone la demostración matemática (más aproximada) de ese fenómeno.

      Saludos!
      Mario

      • gonzalo

        Si, ya se. A lo que me refería es que este fenómeno de los armónicos lo vamos a ver si utilizamos cualquier compuerta digital, no solo la 74HC00 o me estoy equivocando en el fenómeno que origina los armonicos?(lo que si veriamos en otras compuertas es armonicos de mayor o menor frecuencia de acuerdo a las caracteristicas de la compuerta)
        Si es a causa de las distintas exponenciales del desarrollo en series de fourier estas tendrían que tener distintas amplitudes no? (no recuerdo exactamente como era el desarrollo de una onda cuadrada, creo que era una sinc)

      • Mario Sacco

        Con un CD4093 no sucede este fenómeno.
        No hice la prueba con CD4011 pero la mayor o menor posibilidad de generar armónicos con estos IC depende de los tiempos de propagación de la señal dentro de la compuerta una vez iniciada la oscilación.
        De ello también dependerá la Fmax que alcanzarán los armónicos y la atenuación que sufrirán a medida que se acercan a Fmax.
        Esta atenuación se provoca por la variación de esta velocidad de propagación a medida que alcanzamos las frecuencias límites de funcionamiento del IC.
        Otra cosa comprobada: el mismo IC de NXP puede comportarse diferente al de TI o de Hitachi.
        Cosas del mundo real :))

        Saludos!
        Mario

  • Meta

    Por curiosidad. ¿Haz puesto ese aparato en un conector RCA del TV CRT haber que pasa? (Debe ser con la frecuencia para el TV par aque se vea señales).

  • brunoip

    Muy buen articulo, yo tengo un frecuencimetro de fabricacion casera que nunca pude ver si funcionaba correctamente, este circuito me va ayudar.
    Saludos.
    pd:que soft usas para hacer el diagrama?

  • jukinch

    Brunoip: Para hacer el diagrama usa el programa S-plan.
    Saludos.
    Jukinch

    • brunoip

      gracias.

  • amm_rioja

    Hola, para aquellos que esten interesados en los fundamentos que se explican en el artículo pueden consultar la siguiente nota de aplicación. También estan los cálculos necesarios para realizar el circuito a cualquier otra frecuencia.
    http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-340.pdf
    Saludos cordiales.

  • cdr

    Que buen PDF http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-340.pdf ideal para completar el articulo

    +1E9

  • moises

    un pregunta amigo ya tengo el oscilador hecho y necesito aumentar su amplitud a un rango demaciado alto por ejemplo 220v como puedo obtener esto sin uso de transformadores podria ser con transistores ??

  • Jhon alex

    kisiera saber el valor del cristal, y como obtuvieron los valores de las resistencias y de los capacitores.

  • Jhon alex

    kisiera saber como obtuvieron los valñores de las resistencias y condensadores.

  • jozue

    Hola yo soy nuevo en éste campo de la electrónica y quisiera saber que significa ¿XT1? y la línea Horizontal qué está al final o comienzo de C1 Y C2. Graciás amigos de México Veracruz. Orizaba