¿Por qué mi cristal resuena a 4 veces la frecuencia especificada?

Esta respuesta es en realidad de @glen_geek, quien comentó el 21 de junio a las 1:23:

Esa perilla superior derecha "VARIABLE" parece girada en sentido contrario a las agujas del reloj. Debe girarse en el sentido de las agujas del reloj hasta la posición "CAL".

y es verdad No tengo idea de por qué no me di cuenta de la discrepancia, debería haber escuchado que 440 Hz no se parece en nada al diapasón y que 1 kHz del que hablé no se parecía en nada a un C alto. Todas mis mediciones de frecuencia fueron 8- pliegue demasiado alto debido a esa perilla variable.

Y esto también prueba que este circuito oscilador súper simple con solo esos 2 inversores funciona bien y es confiable.

Si Glen Geek @glen_geek quiere la reputación, lo animo a que publique la respuesta para que pueda aceptarla.

La mayoría de estos osciladores requieren condensadores externos de 22 pF desde cada extremo del STAL para lograr una inversión de fase neta para implementar la oscilación adecuada.

Dado que 22pF es GRANDE, es probable que el área de silicio no se use para proporcionar esos límites de 44pF (que variarán según lo recomiende el fabricante para su frecuencia). ¿Tu IC incluye esos? Veo dos resistencias, valor 1Kohm.

Como ha mencionado Kevin White, el oscilador Pierce usa solo una puerta inversora, y para mí ese es exactamente el enfoque correcto. No estoy seguro acerca de la "resonancia en serie" (recuerdo haber leído algo sobre diferentes modos de resonancia en los cristales y geometrías de corte de cristal), pero mi idea general es que el cristal, al ser un dispositivo de dos pines, necesita una señal de CA clara aplicada a su pines, es decir, los dos pines deben conducirse "invertidos uno contra el otro", es decir, un cambio de fase de 180 grados en resonancia. La caja de metal es efectivamente un tercer pin, como un suelo de referencia (blindaje), pero eso no debería importar mucho.

Me pregunto qué sucede si conecta un cristal a un amplificador no inversor. Me sorprende que el circuito oscile en absoluto :-) Se me ocurre la siguiente explicación: las dos puertas en serie tienen cada una un "retraso de propagación". Entonces, el cambio de fase real no es 0 ns, ni 360 grados. Dependiendo de la familia lógica que haya elegido, la cascada puede tener entre 4 ns y, digamos, 50 ns de retraso de propagación. Por lo tanto, en mi opinión, su circuito resuena en algún "modo / frecuencia armónica superior" del cristal, donde ese retraso de propagación en el dominio del tiempo de sus dos puertas combinadas corresponde a un cambio de fase de 180 grados (el cristal agrega otros 180 *) y la CA ganancia dentro del bucle es > 1. En realidad, donde la ganancia si > 1 yel más alto de todos estos modos resonantes armónicos. Me inclino a llamar a ese estilo de oscilaciones "un poco parasitario" :-)

En realidad, mi explicación anterior es un poco incorrecta. En realidad, el cristal (al ser un dispositivo de resonancia pesada) probablemente presenta un gradiente pronunciado de cambio de fase alrededor de cualquiera de sus modos resonantes (frecuencias armónicas). Entonces no es que "el retraso de propagación de las puertas sea igual a 180 grados". Posiblemente no tanto. Se establece en alguna frecuencia cerca de un modo resonante particular, donde el retraso de propagación "agrega solo ese poquito necesario para una solución óptima", cuando se combina con el cambio de fase del cristal que se levanta...

Pensándolo de nuevo, probablemente estoy empezando a entender lo que Kevin podría querer decir con resonancia en serie, aproximadamente... ¿quizás el cuarto armónico indica un modo en el que la onda en el cristal tiende a impulsar los dos pines en fase, estilo de modo común? ¿Contra el chasis como "pin central de referencia"? Pero no tienes el chasis de cristal conectado a tierra... Esta línea de pensamiento me está dando un poco de dolor de cabeza :-)

El cristal es un dispositivo electromecánico. Para condiciones de trabajo óptimas, necesita cargar sus pines contra una "tierra común" (¿tal vez la señal central ideal?) y la capacitancia de carga óptima se menciona en la hoja de datos del cristal. Si no tiene uno, probablemente será similar para otros cristales de la misma frecuencia y geometría. Ahí es donde supuestamente el cristal resuena felizmente a su frecuencia nominal, si lo manejas con una señal de cambio de fase de 180 grados. Si la "capacitancia de carga del cristal" es más baja que la especificada, normalmente sacará el cristal un poco de la frecuencia central (dentro de, digamos, 400 ppm, IME), pero podría decirse que una carga capacitiva mucho más baja permitirá que prevalezcan los modos armónicos más altos. ..

En la primavera de 2018, hice mi propio truco de pasatiempo con un cristal y también vi algunas oscilaciones armónicas. En mi caso, fue el 3er armónico. Y tenía una junta fría en el circuito, lo que no ayudó a depurar ;-) pero abstrayendo de ese error, mi solución para mover el cristal a su base de resonancia fue: cargar correctamente los pines (lo cual hice desde el principio) y proporcione un poco más de filtrado LC en el bucle de retroalimentación, para hacer que la frecuencia base sea más atractiva para el bucle (en términos de ganancia de bucle). Mis propios motivos probablemente fueron diferentes a los suyos, pero proporciono un enlace porque la gente aquí ha brindado muchos comentarios útiles y ayuda sobre el tema de los cristales.