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OSCILADORES INTEGRANTES :

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HAMILTON ANGUETA LEONARDO FLORES

TIPOS Y CARACTERISTICAS INTRODUCCION: Un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energía de corriente continua en corriente alterna a una determinada frecuencia. Tienen numerosas aplicaciones: generadores de frecuencias de radio y de televisión, osciladores locales en los receptores, generadores de barrido en los tubos de rayos catódicos, etc.

A) onda sinusoidal. B) onda cuadrada. C) onda tipo diente de sierra

La mayoría de los equipos electrónicos utiliza para su funcionamiento señales eléctricas de uno de estos tres tipos: ondas sinusoidales, ondas cuadradas y ondas tipo diente de sierra. Los osciladores son circuitos electrónicos generalmente alimentados con corriente continua capaces de producir ondas sinusoidales con una determinada frecuencia. Existe una gran variedad de tipos de osciladores que, por lo general, se conocen por el nombre de su creador. Igualmente, los multivibradores son circuitos electrónicos que producen ondas cuadradas. Este tipo de dispositivos, es utilizado ampliamente en conmutación. TIPOS: Se distinguen dos tipos de osciladores: 

los de redes desfasadoras .

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los de circuitos oscilantes.

Los osciladores son generadores que suministran ondas sinusoidales y existen multitud de ellos. Generalmente, un circuito oscilador está compuesto por: un "circuito oscilante", "un amplificador" y una "red de realimentación".

Esquema de un circuito oscilante El circuito oscilante suele estar compuesto por una bobina (o inductancia) y por un condensador. El funcionamiento de los circuitos osciladores (osciladores de ahora en adelante) suele ser muy similar en todos ellos; el circuito oscilante produce una oscilación, el amplificador la aumenta y la red de realimentación toma una parte de la energía del circuito oscilante y la introduce de nuevo en la entrada produciendo una realimentación positiva.

Esquema general de un oscilador

Hay que tener cuidado y no confundir "circuito oscilante" con "oscilador". El circuito oscilante es el encargado de producir las oscilaciones deseadas; sin embargo, no es capaz de mantenerlas por sí solo. El oscilador es el conjunto que forman el circuito oscilante, el amplificador y la red de realimentación juntos.

1. CRITERIO DE BARKHAUSEN

Criterios de Barhhausen Cualquier amplificador puede oscilar, si una porción de la salida se retroalimenta a la Sólo parte de la salida se retroalimenta a la entrada, de tal manera que se satisfagan los criterios de Barkhausen.

Criterios de Barkhausen: 1- La ganancia alrededor del lazo debe ser igual que uno para mantener el nivel del voltaje de salida A×B = 1 2- El desfasamiento alrededor del lazo debe totalizar 0o o algún múltiplo de 360o a la frecuencia de operación. Esto significa que si el amplificador es inversor, B también debe invertir la fase inicial. La señal inicial necesaria para empezar el proceso puede ser ruido o un transitorio causado por el encendido de la fuente del circuito oscilador

2. OSCILADOR DOBLE T Este circuito se comporta como una red de adelanto atraso de fase (figura 1b). Existe una frecuencia fr para la cual el desplazamiento de fase es cero. La ganancia de voltaje es unitaria tanto para frecuencias altas como para frecuencias bajas. La frecuencia fr en la cual cae a cero la ganancia de voltaje (figura 1c). Este filtro rechaza o atenúa las frecuencias cercanas a fr, estas también se llaman frecuencia de resonancia, de corte o de rechazo.

En la figura 2 se ve un oscilador doble T. La retroalimentación positiva se produce mediante el divisor de voltaje a la entrada no inversora. La retroalimentación negativa se obtiene mediante el filtro doble T. Se conecta la fuente de alimentación, la resistencia R1 de la lámpara es baja y la retroalimentación positiva es máxima. Conforme la oscilación va aumentando, la resistencia de la lámpara aumenta y la retroalimentación disminuye positiva. Al reducirse la retroalimentación las oscilaciones de salida se estabilizan en un nivel constante. Así es como la lámpara sirve para estabilizar el voltaje de salida.

En el filtro doble T se ajusta el valor de la resistencia R/2 en la práctica el circuito oscila a una frecuencia ligeramente distinta de la frecuencia ideal de rechazo. La frecuencia de oscilación debe acercarse a la frecuencia de rechazo, R1 debe ser mucho mayor que R2 en el divisor de voltaje. En la figura 3 muestra otra posibilidad de controlar el nivel de resonancia. En este caso se usa un JFET como resistencia variable. El graduador o compuerta del JFET se conecta a la salida de un detector de pico negativo. Para cierto nivel de frecuencia de salida el detector de picos entrega un voltaje negativo continuo al graduador, o compuerta del JFET que incrementa o disminuye el valor de la resistencia en aproximadamente R/2. En ese momento el filtro doble T resuena y la salida de frecuencia del oscilador se estabiliza.

3. OSCILADOR RETRASO EN FASE

Es un oscilador por desplazamiento o corrimiento de fase con tres redes de adelanto de fase en la malla de retroalimentación. El amplificador opera con 180º de desplazamiento de fase porque la entrada se aplica por la terminal inversora. Como se recuerda, la red de adelanto produce un desplazamiento de fase entre 0º y 90º, dependiendo de la frecuencia especifica a la cual el desfasamiento total de las tres redes suma 180º (aproximadamente 60º para cada red). En ese momento el desfasamiento total de la malla es de 360º, lo que equivale a 0º. El motivo principal por el que aquí se presenta es porque a veces accidentalmente se desee armar un amplificador y el resultado es un oscilador.

4. OSCILADOR DE ADELANTO EN FASE

En la figura 4a es un oscilador por desplazamiento o corrimiento de fase con tres redes de adelanto de fase en la malla de retroalimentación. El amplificador opera con 180º de desplazamiento de fase porque la entrada se aplica por la terminal inversora. Como se recuerda, la red de adelanto produce un desplazamiento de fase entre 0º y 90º, dependiendo de la frecuencia especifica a la cual el desfasamiento total de las tres redes suma 180º (aproximadamente 60º para cada red). En ese momento el desfasamiento total de la malla es de 360º, lo que equivale a 0º. Si para esa frecuencia el producto AB es mayor que la unidad las oscilaciones pueden iniciar y mantenerse.

La figura 4b muestra otra opción de diseño. En este caso se usan tres redes de atraso de fase. El funcionamiento es similar, ya que el amplificador produce 180º de desfasamiento las tres redes constribuyen con otros 180º para cierta frecuencia específica. Las oscilaciones se iniciarán si además el producto AB es mayor que 1 para esa frecuencia. Aunque se emplea ocasionalmente, el oscilador por desplazamiento de fase no es un circuito muy popular. El motivo principal por el que aquí se presenta es porque a veces accidentalmente se desee armar un amplificador y el resultado es un oscilador. Esto se estudiará posteriormente en un capítulo dedicado a oscilaciones parásitas y ruidos en amplificadores. Método para calcular el valor de la resistencia del oscilador.

5. OSCILADOR LC Estos osciladores utilizan como red desfasadora de realimentación condensadores e inductancias. El estudio de estos osciladores no es fácil de realizar, por lo tanto, y para facilitar su compresión, se analizará el funcionamiento de los osciladores más utilizados. Osciladores clásicos L-C: Los osciladores L-C sin acoplamiento inductivo más ampliamente utilizados son los Colpitts, Hartley, Clapp y a cristal. Oscilador Colpitts: Este oscilador utiliza una red LC en p formado por C1, C2 y L.

6. OSCILADOR COLPPITS BJT-FET

Este oscilador es bastante parecido al oscilador de Hartley. La principal diferencia se produce en la forma de compensar las pérdidas que aparecen en el circuito tanque y la realimentación, para lo cual se realiza una derivación de la capacidad total que forma el circuito resonante. Una parte de la corriente del circuito oscilante se aplica a la base del transistor a través de un condensador, aunque también se puede aplicar directamente. La tensión amplificada por el transistor es realimentada hasta el circuito oscilante a través del colector. Como en todos los circuitos que tengan transistores necesitamos

conectar resistencias para polarizarlos. La tensión de reacción se obtiene de los extremos de uno de los condensadores conectados a la bobina en paralelo.

Un oscilador Colpitss con FET, en el cual la señal de realimentación se aplica a la puerta. Puesto que la puerta tiene una resistencia de entrada grande, el efecto sobre el circuito tanque es mucho menor que con un transistor bipolar. En otras palabras, la aproximación C =

, es más exacta con un FET porque la impedancia vista en la

puerta es mayor. La condición de arranque para este oscilador con FET es A > En un oscilador con FET, la ganancia de tensión en baja frecuencia gmrd. Por encima de la frecuencia de corte del amplificador con FET, la ganancia de tensión disminuye. En la Ecuación A > , A es la ganancia la frecuencia de oscilación. En general, trate de conservar la frecuencia de oscilación menor que la frecuencia de corto del amplificador con FET. Si no fuese así, el desplazamiento de fase adicional a través del amplificador puede evitar que el oscilador arranque. 7. OSCILADOR ARMSTRONG El oscilador Armstrong. En este circuito el colector excita un circuito tanque resonante LC. La señal de realimentación se toma de un devanado secundario pequeño y se lleva a la base. Hay un desplazamiento de fase de 180’ en el transformador, lo que significa que el desplazamiento de fase alrededor del lazo es cero. Ignorando el efecto de carga de la base, la fracción de realimentación es B = . Donde M es la inductancia mutua y L es la inductancia del primario. Para que el oscilador Armslrong arranque, la ganancia de tensión debe ser mayor que 1/B. Un oscilador Armstrong utiliza un transformador de acoplo para realimentar la señal. Esta es la manera de reconocer variaciones de este circuito básico. Al devanado del secundario algunas veces se le conoce como Bobina de compensación, pues realimenta la señal que mantiene las oscilaciones. La frecuencia de resonancia está

dada por la ecuación fr = , empleando la L y C. En general, no se considera de mucha utilidad el oscilador Armstrong, debido a que la mayoría de los diseñadores evitan en lo posible los transformadores. 8. OSCILADOR HARTLEY La principal característica de estos circuitos osciladores es que no utilizan una bobina auxiliar para la realimentación, sino que aprovechan parte de la bobina del circuito tanque, dividiéndose ésta en dos mitades, L1 y L2. Colocamos dos resistencias para polarizar adecuadamente el transistor. Hay dos formas de alimentar al transistor: en serie y en paralelo. La alimentación serie se produce a través de la bobina, L2, circulando por ella una corriente continua. La alimentación en paralelo se efectúa a través de la resistencia del colector, quedando en este caso perfectamente aislados el componente de continua y el componente de alterna de señal. La reacción del circuito se obtiene a través de la fuerza electromotriz que se induce en la bobina, L1, y que se aplica a la base del transistor a través de un condensador. En estos circuitos la frecuencia de oscilación depende de la capacidad C y de las dos partes de la bobina, L1 y L2, del circuito oscilante. Según donde se coloque la toma intermedia de la bobina se va a producir una amplitud de tensión u otra; pudiendo llegar a conectarse o desconectarse el circuito.

El circuito tanque está L2 y un capacitor C con un

formado por dos bobinas, L1 y acoplamiento de coeficiente M.

9. OSCILADOR CLAPP

El esquema de un oscilador de este tipo tiene un circuito oscilante compuesto por L3, C2, C4 y C6 El oscilador Clapp es un oscilador Colpitts depurado. El divisor capacitivo de tensión produce la señal de realimentación como antes. Un condensador adicional de pequeño valor C3 está en serie con la bobina. Como la corriente del circuito tanque circula a

través de C1, C2 y C3 en serie, la capacidad equivalente que se usa para calcular la frecuencia de resonancia es C = En un oscilador Ctapp, C3 es mucho menor que C1 y C2, Por ello, C es aproximadamente igual a C3 y la frecuencia de resonancia viene dada por fr = ¿Por qué es importante esto? Debido a que C1 y C2 están en paralelo con el transistor y las capacidades parásitas. Estas últimas alteran los valores de C1 y C, ligeramente. En un oscilador Colpitts, la frecuencia de resonancia depende, por ello, del transistor y de las capacidades parásitas. Pero en un oscilador Clapp, el transistor y las capacidades parásitas no tienen efecto sobre C3, así que la frecuencia de oscilación es más estable y exacta. Por eso, ocasionalmente el lector encontrará que se usa el oscilador Clapp en lugar del oscilador Colpitts. 10. OSCILADOR DE CRISTAL Con lo visto sobre el efecto piezoeléctrico parece lógico poder aplicar las propiedades de este material, el cuarzo, para producir oscilaciones. En efecto, si a un cristal de cuarzo le aplicamos sobre sus caras opuestas una diferencia de potencial, y el dispositivo está montado adecuadamente, comenzarían a producirse fuerzas en las cargas del interior del cristal. Estas fuerzas entre sus cargas provocarían deformaciones en el cristal y darían lugar a un sistema electromecánico que comenzaría a oscilar. Sin embargo, vuelve a ocurrir lo mismo que en los circuitos formados por un condensador y por una inductancia. Esto es, las oscilaciones del cristal no duran indefinidamente, ya que se producen rozamientos en la estructura interna que hacen que se vayan amortiguando hasta llegar a desaparecer. Por tanto, necesita de un circuito externo que mantenga las oscilaciones, compensando las pérdidas producidas por el rozamiento.

A) representación de un cristal de cuarzo. B) equivalente eléctrico de un oscilador piezoeléctrico Cuando son importantes la exactitud y estabilidad de la frecuencia de oscilación, se utiliza un oscilador ile cristal de cuarzo. La señal de realimentación se toma de un condensador. El cristal (abreviado XTAL) actúa como una bobina grande en serie con un pequeño condensador (similar al Clapp). Por tal motivo, la frecuencia de resonancia casi no es afectada por el transistor y las capacidades parásitas. 11. EFECTO PIEZOELÉCTRICO El efecto piezoeléctrico se entiende como la interacción lineal electromecánico entre el mecánico y el estado eléctrico en materiales cristalinos sin simetría de inversión . El efecto piezoeléctrico es un proceso reversible en que los materiales exhiben el efecto piezoeléctrico directo (la generación interna de carga eléctrica resultante de una mecánica aplicada fuerza ) también muestran el efecto inverso piezoeléctrico (la generación interna de una tensión mecánica resultante de un campo eléctrico aplicado). For example, lead zirconate titanate crystals will generate measurable piezoelectricity when their static structure is deformed by about 0.1% of the original dimension. Por ejemplo, plomo zirconato titanato de cristales generará piezoelectricidad medible cuando su estructura estática es deformada por aproximadamente 0,1% de la dimensión original. Conversely, those same crystals will change about 0.1% of their static dimension when an external electric field is applied to the material. A la inversa, esos mismos cristales cambiarán aproximadamente 0,1% de su dimensión estática cuando un campo eléctrico externo se aplica al material. Piezoelectricity is found in useful applications such as the production and detection of sound, generation of high voltages, electronic frequency generation, microbalances, and ultrafine focusing of optical assemblies. Piezoelectricidad se encuentra en aplicaciones útiles, tales como la producción y la detección de sonido, la generación de altos voltajes, generación de frecuencia electrónicos, micro balanzas y ultra finas

centradas de conjuntos ópticos. It is also the basis of a number of scientific instrumental techniques with atomic resolution, the scanning probe microscopies such as STM , AFM , MTA , SNOM , etc., and everyday uses such as acting as the ignition source for cigarette lighters and push-start propane barbecues . También es la base de una serie de técnicas instrumentales científicos con resolución atómica, las microscopías de proximidad , como STM , AFM , MTA , SNOM , etc, y los usos cotidianos como la calidad de la fuente de ignición para los encendedores de cigarrillos y empuje la puesta en barbacoas de gas propano .

A piezoelectric disk generates a voltage when deformed (change in shape is greatly exaggerated) Un disco piezoeléctrico genera un voltaje cuando se deforma (cambiar de forma es muy exagerada) 12. CIRCUITO EQUIVALENTE DEL CRISTAL Un oscilador a cristal es básicamente un oscilador de circuito sintonizado que usa un oscilador de cristal piezoeléctrico como circuito tanque resonante. Simbolo y circuito equivalente del cristal

Si bien el modelo del circuitos RLC Serie surge a priori como el indicado para describir el fenómeno, algunas consideraciones acerca del montaje experimental dan lugar a otro modelo algo similar, el de un circuito RLC montado en Paralelo con un capacitor. Tal como se muestra a continuación: Cuando el cristal no está vibrando, es equivalente a una capacidad Cp por estar compuesto de dos placas de metal separadas por un dieléctrico. Cp, recibe el nombre de capacidad del encapsulado. La inductancia L1 y la capacitancia Cs representan los equivalentes eléctricos de la masa y el comportamiento del cristal, mientras que la resistencia R es un equivalente eléctrico de la fricción interna de la estructura del cristal. La capacitancia en paralelo Cp representa la capacitancia debida al montaje mecánico del cristal. Debido a que las pérdidas del cristal, representadas por R, son pequeñas, el Q (factor de calidad) equivalente del cristal es alto, por lo general de 20,000. Se pueden lograr valores de Q de casi 10^6 usando cristales. El circuito eléctrico equivalente mostrado anteriormente, puede tener dos frecuencias resonantes. Una condición resonante sucede cuando las reactancias de la rama serie RLC son iguales (y opuestas). Para esta condición, la impedancia resonante en serie es muy baja (igual a R). La otra condición resonante sucede a una frecuencia mas alta, cuando la reactancia de la rama resonante serie es igual a la reactancia del condensador Cp. Esta es una resonancia paralela o condición anti resonante del cristal. A dicha frecuencia, el cristal proporciona una impedancia muy alta al circuito externo. En la siguiente figura se muestra la impedancia del cristal en función de la frecuencia del cristal. Para usar adecuadamente el cristal, debe estar conectado en un circuito que seleccione la baja impedancia en el modo de operación resonante en serie o alta impedancia en el modo de operación anti resonante.

13. LINKS  http://www.angelfire.com/al2/Comunicaciones/Laboratorio/oscilad.html  http://html.rincondelvago.com/osciladores-de-cristal.html  http://elvegeta.blogspot.com/2009/02/entradas-y-salidas-delmicroprocesador.html  http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Osciladores.php//doble t  http://cajael.com/electronica/CElectronicos/2007Examen/node42.php//criter io de barkhaunse  http://www.monografias.com/trabajos13/tratot/tratot.shtml//amstron fet y retraso adelatno