¿Cómo funcionan los osciladores de cristal con retroalimentación que consiste en inversores CMOS?

Dentro de la hoja de datos verá el circuito básico de un CD4049. Aquí: -

SiVinestáenalgúnlugaramitaddecaminoentreVccyVss,ambostransistoressonconductoresyelvoltajeenVoutnoseráni1ni0.Enefecto,ambostransistoresjuntosactúancomoundivisorpotencial;unaresistenciasuperioryunaresistenciainferior.

Esteeselpuntodeoperaciónlinealdeestecircuitodigital.

Acontinuación,sedebetenerencuentaquesiVinsetomaraunpocomásalto,entoncesVoutbajaríaaVssmuchomásrápidamentequeporelpequeñocambioenVin,estoindicaquehaygananciaenlaconfiguraciónyqueesuntipodegananciainversa..

Acontinuación,apliqueunaresistenciadealtovalorentrelasalidaylaentrada,ylasalidaseestabilizaráyunpocodevoltaje"intermedio" debido a la retroalimentación negativa, como lo haría un op-amp.

A continuación, aplique una entrada de CA a Vin a través de un pequeño condensador y resistencia en serie y obtendrá un amplificador de CA analógico.

¿Está convencido de que este tipo de compuerta digital se puede convertir en un amplificador analógico? Aquí y un artículo que muestra cómo se puede hacer un CD4049 en un amplificador operacional A continuación se muestra una imagen de un CD4049 utilizado como amplificador de CA: -

Aquí está el artículo.

Todo lo que queda para hacer un oscilador de cristal es proporcionar la resistencia de realimentación (tal vez de 1Mohm a 10Mohm), agregar un par de condensadores y el cristal y usted tiene un oscilador. Tenga en cuenta que la combinación de impedancia de salida y capacitor conectado a la salida produce una señal que es más sinusoidal que el cuadrado, por lo que puede hacer un oscilador de onda sinusoidal aproximado.

Tenga en cuenta también que es esta red (junto con la tapa de entrada a tierra) Y el cristal el que produce el cambio de fase de 180 grados.

Con un cristal que tiene una Q suficiente, solo necesitas ganancia y una fase de 180 ° para obtener la oscilación. La no linealidad se utiliza para controlar la amplitud de la oscilación.

Una publicación técnica se puede encontrar aquí Diseño del oscilador de cristal de micro potencia utilizando inversores de RCA COS / MOS - 1971 , y puede encontrar una presentación simple aquí Circuitos de baja potencia para relojes en la década de 1960 ... Sí, eso no es nada muy nuevo.

El inversor se está ejecutando en su 'región lineal y, por lo tanto, actúa como un amplificador con ganancia. La cantidad de ganancia disponible difiere entre los fabricantes e incluso entre las partes del mismo fabricante. No obstante, hay suficiente ganancia para que el circuito oscile.

Tenga en cuenta que cualquier inversor digital utilizado para este fin es UN-BUFFERED . Busque las letras "UB" en el número de parte. Las puertas CMOS con búfer tienen un par extra de inversores que siguen la lógica y esos chips no se ejecutarán en la región lineal (o no funcionarán muy bien).

El cristal y los condensadores asociados proporcionan los otros 180 grados de cambio de fase cuando el cristal vibra en su 'frecuencia de resonancia.

1.) Al principio, una pequeña corrección: NO se requiere que el amplificador delantero tenga ganancia unitaria. En cambio, LOOP GAIN (en sus términos, k * G) debe ser la unidad solo en una sola frecuencia (unidad significa: fase cero; para un inicio seguro de oscilaciones ligeramente más grandes que la unidad).

Comentario: Al contrario, el amplificador debe tener una ganancia mayor que la unidad; de lo contrario, las propiedades de atenuación de la ruta de realimentación no permitirían una ganancia de bucle de 0 dB.

2.) Sí: el inversor CMOS puede funcionar como un amplificador lineal si se opera en medio de su característica de transferencia.

3.) Para comprender los principios de la configuración del oscilador mostrada: La ruta de retroalimentación consiste en un paso bajo de TERCER orden que permite un cambio de fase de -180deg en una sola frecuencia. Este paso bajo consta de dos partes: (a) paso bajo de primer orden (r, out-C) y (b) paso bajo de segundo orden (L-C). La resistencia r, out es la resistencia de salida finita del inversor CMOS y la inductancia L es proporcionada por el cristal (que funciona como un inductor de alta calidad). La salida de este paso bajo de 3er orden se realimenta al amplificador CMOS inversor.