XTAL HF Oscillator

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OSCILLATORI QUARZATI con CD4060

(XTAL Oscillators with CD4060 or M74HC4060B1)


Avete mai provato a realizzare un oscillatore quarzato ad alta frequenza su una basetta millefori o protoboard ?
Se si, vi sarete certamente resi conto di quanto sia difficile (se non impossibile) realizzare circuiti ad alta frequenza senza utilizzare dei buoni circuiti stampati in vetronite!

In questa pagina vengono presentati 3 circuiti oscillatori tra i più diffusi (sono gli schemi classici consigliati dalle case costruttrici del chip CD4060). Tutti sfruttano il noto principio degll'oscillatore di Pierce (G. W. Pierce fu uno dei primi fisici a studiare e realizzare oscillatori sfruttando le proprietà del quarzo per ottenerne stabilità, precisione e affidabilita).
Per realizzare questi circuiti, è stato usato il chip 4060, un contatore binario asincrono a 14 stadi con la possibilità di poter utilizzare due dei suoi piedini per realizzare anche un oscillatore (che sia al quarzo o semplicemente RC).

Di seguito troverete gli schemi elettrici dei 3 circuiti "quarzati" da me realizzati: per frequenze fino a 5-6 MHz potete utilizzare i chip C/MOS CD4060B (o anche HBF4060, HEF4060B, MC14060) ma per frequenze superiori consiglio di utilizzare gli M74HC4060B1 oppure MM74HC4060B, i quali sopportano frequenze di oscillazione ben oltre i 20 MHz anche se richiedono un'alimentazione massima di 6 Volt essendo versioni "TTL" compatibili.

Nei circuiti integrati 4060, la frequenza massima raggiungibile è anche direttamente proporzionale alla tensione di alimentazione con la quale si alimentano (per questo, i datasheet riportano sempre i dati della frequenza di Clock espressi in base a 3 valori di alimentazione).

Su ogni PCB è presente un connettore a 4 poli con la seguente piedinatura:

  • 1 - Uscita Frequenza (si imposta attraverso un oppurtuno collegamento)
  • 2 - Massa
  • 3 - Reset/Clear
  • 4 - Alimentazione +Vcc.

ATTENZIONE - Il pin 3 della morsettiera M1 non può essere lasciato libero ma deve essere collegato obbligatoriamente a livello 0 oppure 1 (rispettivamente per abilitare o inibire l'oscillatore). Se non utilizzate questo piedino, è necessario applicare fra questo e la massa una resistenza da 10Kohm per forzare "basso" il livello al piedino 12 dell'integrato 4060 ed avere comunque l'opportunità, in futuro, di poterlo utilizzare. Se pensate di non dover mai utilizzare il piedino di Reset, potete tranquillamente collegarlo a massa senza la resistenza.

La frequenza di uscita è programmabile manualmente e la si ottiene collegando la pista del pin n. 1 del connettore (Output) con uno dei pin Q del 4060 (ATTENZIONE, soltanto UNO alla volta).

In tutti gli schemi è stato inserito un condensatore ceramico da 100KpF tra i piedini 8 e 16 del chip 4060.

Come accennato, per funzionare correttamente, il pin 12 del 4060 (Reset/Clear) deve essere posto a massa.

Oscillatore da 7,68 MHz con M74HC4060B1 (ST)

  Alimentazione = 2 to 6 Vcc
  Assorbimento = 1,35 mA @ 3,5 Vcc
  Assorbimento = 2,25 mA @ 5 Vcc
  Assorbimento = 3,15 mA @ 6 Vcc

  Componenti:
  C1 & C2 = 47 pF
  R1 = 270 kOhm
  R2 = 2,2 kOhm

Schema elettrico oscillatore 7.68 MHz PCB oscillatore 7.68 MHz Foto oscillatore 7.68 MHz

Oscillatore da 3,2768 MHz con CD4060BE (RCA)

  Alimentazione = 3 to 15 Vcc
  Assorbimento = 1 mA @ 5 Vcc
  Assorbimento = 2,5 mA @ 10 Vcc
  Assorbimento = 3,5 mA @ 12 Vcc
  Assorbimento = 4,8 mA @ 15 Vcc

  Componenti:
  C1 & C2 = 27 pF
  R1 = 4,7 MOhm
  R2 = 4,7 kOhm

Schema elettrico oscillatore 3.2768 MHz PCB oscillatore 3.2768 MHz Foto oscillatore 3.2768 MHz

Oscillatore da 16 MHz con M74HC4060B1 (ST)

  Alimentazione = 2 to 6 Vcc
  Assorbimento = 2,5 mA @ 3,5 Vcc
  Assorbimento = 4,3 mA @ 5 Vcc
  Assorbimento = 5,6 mA @ 6 Vcc

  Componenti:
  C1 & C2 = 22 pF
  R1 = 10 MOhm

Schema elettrico oscillatore 16 MHz PCB oscillatore 16 MHz Foto oscillatore 16 MHz

 

Nessun componente è particolarmente critico per cui potete utilizzare i componenti che avete in laboratorio: al posto del quarzo potete utilizzare anche un risonatore ceramico.

Nella tabella seguente sono visibili tutti i fattori di divisione e le frequenze di uscita sui pin del 4060 (in base alla frequenza di clock dei 3 circuiti presentati).

Tabella Uscite CD4060

I tre circuiti possono essere utilizzati come semplici generatori di frequenza campione oppure per realizzare base dei tempi per frequenzimetri o altri strumenti di misura.

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