Osciladores (PDF)

Osciladores  Un oscilador es un circuito como el de la figura. 41 Este circuito es alimentado con un voltaje de cc, pero entrega en su salida una señal de ca, cuya forma y voltaje pueden ser seleccionados a voluntad. La señal de salida de un circuito oscilador puede tener form...

Osciladores  Un oscilador es un circuito como el de la figura. 41 Este circuito es alimentado con un voltaje de cc, pero entrega en su salida una señal de ca, cuya forma y voltaje pueden ser seleccionados a voluntad. La señal de salida de un circuito oscilador puede tener formas diversas. El ejemplo mostrado ofrece cuatro tipos de señal senoidal, cuadrada y diente de sierra.  ¿Qué es un generador de funciones? Por lo general, al circuito que produce una onda senoidal se le conoce como oscilador. Si la señal es no senoidal, el circuito que la produce se le conoce más bien como generador de funciones, o simplemente generador. Aparte de los osciladores a transformador, existen otros tres tipos: Osciladores LC Osciladores RC Osciladores a Cristal  Clasificación de los osciladores Los osciladores son generalmente clasificados de acuerdo con el tipo de componentes empleados para establecer su frecuencia, es decir de los componentes del filtro en el lazo de retroalimentación.  Osciladores  Osciladores LC 42 Cada uno de ellos contiene bobinas y capacitores que son parte del circuito sintonizado o circuito de fibra que a su vez es parte del lazo de retroalimentación. Oscilador Hartley retroalimentado en paralelo Una de las características indeseables de los osciladores Armstrong, es que la bobina conectada a la base del transistor tiende a resonar con las capacitancias distribuidas (indeseables) en el circuito. Esto da por resultado variaciones en la frecuencia de oscilación. Un arreglo que se construye con esta idea es mostrando en la figura, que se conoce como oscilador Hartley de retroalimentación en paralelo, en el que la bobina se dividió en dos partes que se conectan en paralelo con un capacitor variable. Este es un clásico oscilador LC. El lazo de retroalimentación es mostrado por las flechas “punteadas”. 1 𝑓𝑜 = 2𝜋 𝐶𝐿𝑒𝑞 𝐿𝑒𝑞 = 𝐿1 + 𝐿2 + 2𝑀  Osciladores  Oscilador Colpitts 43 El circuito de la figura muestra un oscilador que es muy similar al oscilador Hartley, visto anteriormente, con la única diferencia de que, en lugar de dos bobinas y un capacitor, ahora se emplean dos capacitores variables y una bobina. Este oscilador conocido como Colpitts, es más estable que el Hartley, por lo que se usa más extensamente. 1 𝑓𝑜 = 2𝜋 𝐿𝐶𝑒𝑞 𝐶1 𝐶2 𝐶𝑒𝑞 = 𝐶1 +𝐶2  Osciladores  Oscilador Clapp 44 Este oscilador es una variante más del oscilador Hartley y el Colpitts, con la diferencia de que el circuito resonante (filtro) aplicado a la base de Q1 contiene ahora un capacitor más (C3) conectado en serie con la bobina L1, pero conservando los dos capacitores en serie C1 y C2. C3 que es variable, determina la frecuencia de oscilación.  Osciladores  Osciladores RC 45 Los osciladores tipo RC se utilizan en bajas frecuencias, a diferencia de los osciladores que han sido explicados hasta ahora que suelen usarse en RF. Los osciladores RC emplean redes de resistores y capacitores para establecer su frecuencia de oscilación. Estos osciladores son baratos y relativamente estables. Existen básicamente dos tipos de osciladores RC: los de Corrimiento de Fase y los de Puente de Wien. En un circuito RC la corriente se adelanta al voltaje en un ángulo entre 0° y 90°. Este circuito específico fue diseñado para producir un adelanto de la corriente de 60° por etapa, a una frecuencia de 65 Hz. Para ello se escogieron cuidadosamente los valores de cada capacitor y cada resistor.  Corrimiento de fase La señal de salida necesita ser invertida antes de ser retroalimentada a la base de transistor (para obtener retroalimentación positiva), por lo que es necesaria la red de corrimiento. La frecuencia es efectivamente seleccionada por la frecuencia de operación normal de los capacitores, que estarán operando como filtro de paso de banda, poniendo en evidencia que esta red RC juega un doble papel: inversión de fase y filtrado. 1 𝑓𝑜 = 2𝜋𝑅𝐶 6  Osciladores  Puente de Wien 46 Este es un tipo de oscilador muy estable que hace uso de un puente RC para establecer la frecuencia de oscilación. Los brazos donde se sitúan R1, C1, R2 y C2, forman un circuito de filtro de paso de banda. Como el sistema hace uso de un OP AMP, la ganancia y estabilidad del sistema es muy alta. Nota que en el circuito puente existen un resistor R doble y un capacitor C; duplicado también. La siguiente ecuación nos permite encontrar la frecuencia “resonante” o de operación de este tipo de oscilador. 1 1 𝑓𝑜 = = 2𝜋 𝑅1 𝑅2 𝐶1 𝐶2 2𝜋𝑅𝐶  Osciladores  Osciladores controlados a cristal 47 Los osciladores presentados hasta ahora, aunque son ampliamente usados, suelen ser insatisfactorios cuando debe lograrse una gran estabilidad de la frecuencia de oscilación. Dicha estabilidad suele perderse por cambios de temperatura, defectos de los componentes o por variaciones de la carga. Cuando se requiere una gran estabilidad, la respuesta es el oscilador controlado por cristal.  Cristales piezoeléctricos Los materiales cristalinos producen piezoelectricidad. Esto significa que cuando se les aplica algún tipo de presión, aparece un voltaje entre dos de sus extremos. De lo anterior se deduce que, si se aplica una presión variable al cristal, este producirá un voltaje alterno. Los micrófonos de cristal aplican este principio para convertir las ondas sonoras que captan, en voltajes variables en su salida. Estos, son llevados a etapas de amplificación para ser reproducidas o grabadas. El efecto opuesto ocurrirá si se aplica una tensión de ca al cristal. La energía eléctrica de la fuente de voltaje es convertida en energía mecánica en el cristal.