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DISEÑO DE OSCILADORES

ANYI GIRÓN ZÚÑIGA CARLOS SNEIDER SOTO SOGAMOSO ELIANA MARCELA RIVERA CASTAÑO

UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES CIRCUITOS ANALÓGICOS III POPAYÁN - CAUCA MAYO DE 2018

Tabla de Contenido 1. Introducción ............................................................................................................................................ 3 2. Objetivos ................................................................................................................................................. 3 2.1 Objetivo Principal .............................................................................................................................. 3 2.2 Objetivos específicos ........................................................................................................................ 3 3. Fundamentación Teórica ........................................................................................................................ 3 3.1 Principios de Realimentación ............................................................................................................ 4 3.2 Resistencia negativa.......................................................................................................................... 5 3.3 Ruido de fase en el oscilador ............................................................................................................ 5 3.4 VCO (Voltaje Controlled Oscillator) .................................................................................................. 6 4. Descripción de la Práctica ....................................................................................................................... 8 5. Procedimiento......................................................................................................................................... 9 6. Preguntas y Ejercicios Propuestos ........................................................................................................ 24 7. Referencias............................................................................................................................................ 25

1. Introducción Un Oscilador es un circuito que genera una señal periódica, es decir, que produce una señal periódica a la salida sin tener ninguna entrada periódica. Los osciladores se clasifican en armónicos, cuando la salida es sinusoidal, o de relajación, si generan una onda cuadrada. [5] Los osciladores LC son circuitos osciladores que poseen un circuito tanque LC para determinar la frecuencia. La operación del circuito tanque involucra un intercambio de energía entre cinética y potencial. Una vez que la corriente se inyecta en el circuito (instante t1), se intercambia la energía entre el inductor y el capacitor, produciendo un voltaje de salida de ca. [7] A continuación se realizará la simulación del diseño conceptual de un oscilador de 2.4GHz con un transistor FET para microondas, lo que se busca es generar una resistencia negativa a la frecuencia de oscilación a partir de un transistor y luego se cumplirán los criterios de diseño de osciladores usando un circuito tanque resonante con el objetivo de que la parte imaginaria de la admitancia sea igual a cero, y conductancia negativa. Adicionalmente se mostrará un oscilador controlado por voltaje (VCO) mediante un diodo Varactor. Para realizar el trabajo se hará uso del simulador AWR (Microwave Office) para validación por gráficas e imágenes del diseño conceptual. 2. Objetivos 2.1 Objetivo Principal

Realizar una guía para el diseño de un oscilador utilizando un transistor FET 2.2 Objetivos específicos

 

Analizar conceptos sobre osciladores para poderlos aplicar al diseño. Realizar la simulación del diseño usando el Software AWR Microwave Office.

3. Fundamentación Teórica Un oscilador se define como un sistema electrónico autónomo capaz de generar una señal periódica a partir de una fuente continua de alimentación. Los osciladores pueden clasificarse según distintos criterios: tipo de resonador que usen, banda de frecuencias en la que trabajan, tipo de variación de frecuencia o según la forma de onda que generen. [6] Para realizar la práctica del diseño de un oscilador, es importante tener en cuenta algunos conceptos sobre osciladores, los cuales son:

3.1 Principios de Realimentación

Los osciladores para que funcionen adecuadamente deben de tener un lazo de retroalimentación. En electrónica retroalimentación significa tomar una porción de la señal de salida y regresarla a la entrada. Consiste en mandar un voltaje o corriente de la salida a la entrada. [6] Existen en la electrónica dos tipos de retroalimentación: retroalimentación positiva y retroalimentación negativa. En los circuitos osciladores se utiliza la retroalimentación Positiva. [6]

Esquema retroalimentación [6 ] A partir de este esquema se deduce la respuesta del sistema en lazo cerrado como:

Donde A(jw) representa la ganancia de lazo abierto, B(jw) es el factor de realimentación y A(jw)B(jw) es la ganancia de lazo.[6] Para que exista oscilación la ganancia de lazo debe ser igual a la unidad, debido a que la parte activa del sistema debe compensar las pérdidas de la red pasiva de realimentación que es la encargada de elegir la frecuencia de oscilación. [6] En el diseño de osciladores prácticos la ganancia de lazo se fija ligeramente mayor que la unidad, a lo que se le denomina condición de arranque.

3.2 Resistencia negativa

Es un concepto que se usa normalmente para modelar el funcionamiento de varios semiconductores que en algunos casos presentan comportamientos resistivos, pero en modo inverso. La resistencia negativa, es en la cual a medida que la corriente sube, el voltaje disminuye. [6] Para el estudio de circuitos en RF nos asaremos en el siguiente esquema.

Esquema circuito RF resistencia negativa [3] Donde

representa la impedancia del dispositivo activo y

la

del circuito resonante y aplicando la ley de Kirchoff se tendría . Junto a los postulados de Kurokawa se llega que la relación que se presenta entre ZL y Zin y que determina la condición de oscilación son: [3]

Donde A representa la amplitud de las oscilaciones. Teniendo presente que RL >0 y RIN