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• Haideliz García

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Republica bolivariana de Venezuela Universidad Nacional Experimental Politécnica de la fuerza armada nacional UNEFA

OSCILADORES DE ONDA SENOIDAL

OSCILADORES DE ONDA SENOIDAL





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. Los sistemas de comunicación suelen emplear osciladores armónicos, normalmente controlados por cristal, como oscilador de referencia. Pero también osciladores de frecuencia variable. La frecuencia se puede ajustar mecánicamente (condensadores o bobinas de valor ajustable) o aplicando tensión a un elemento, estos últimos se conocen como osciladores controlados por tensión o VCO, es decir, osciladores cuya frecuencia de oscilación depende del valor de una tensión de control. Y también es posible hallar osciladores a cristal controlados por tensión o VCXO.

OSCILADORES DE ONDA SENOIDAL Oscilador: Proporciona una señal de salida, esta debe ser repetitiva, generalmente de una frecuencia fija y una forma de onda particular.

xe(s)

xer(s)

Entrada

-

G(s) Planta

xr(s)

Salida

H(s)

Red de realimentación

Lazo abierto G(s) =

xs(s)

xs(s) xer(s)

Lazo cerrado xs(s) G(s) = xe(s) 1 + G(s)·H(s) Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES DE ONDA SENOIDAL En las aplicaciones electrónicas, un oscilador es un dispositivo o circuito que produce oscilaciones eléctricas. Una oscilación eléctrica es un cambio repetitivo de voltaje o de corriente en una forma de onda. Componentes: 1. 2.

Amplificación: dispositivo activo (Amplificar voltaje) Retroalimentación positiva: un oscilador debe tener una trayectoria completa para que la señal de salida regrese a la entrada.

3.

Componentes que determinan la frecuencia

4.

Fuente de poder

Criterio de Oscilación 

Para hallar el criterio de oscilación se puede asimilar el oscilador a un circuito con realimentación positiva, como el que se muestra en la figura, xi y xo son las señales de entrada y salida, mientras que xr y xe son, respectivamente, la señal de realimentación y la señal de error.

A es la ganancia del amplificador inicial, o ganancia en lazo abierto, β es el factor de realimentación y Aβ es la ganancia de lazo. Todos son números complejos cuyo módulo y fase varían con la frecuencia angular, ω. La ganancia del circuito realimentado es

Criterio de Oscilación

El comportamiento del circuito se puede predecir conociendo el módulo, |Aβ|, y la fase, ϕAβ, de la ganancia de lazo. – Si |Aβ| < 1, el circuito es estable sea cual sea el valor de ϕAβ. – Si a una frecuencia determinada Aβ = 1, es decir |Aβ| = 1 y ϕAβ = 0, cualquier oscilación presente en la entrada a esa frecuencia se mantiene indefinidamente, a la misma amplitud. – Si a una frecuencia determinada Aβ > 1, es decir |Aβ| > 1 y ϕAβ = 0, cualquier oscilación presente en la entrada a esa frecuencia se amplifica indefinidamente hasta que la saturación del amplificador lo devuelve a la condición anterior. Como la saturación es un fenómeno no lineal, al mismo provoca la aparición de armónicos.

Criterio de Oscilación

Si el circuito tiene Aβ > 1 podemos prescindir de la señal de entrada puesto que el ruido, siempre presente, contiene componentes a todas las frecuencias. La componente de ruido a la frecuencia en la que se cumpla esta condición, conocida como condición de arranque, se amplifica indefinidamente hasta la saturación del amplificador o hasta que un circuito auxiliar consiga que para esa frecuencia Aβ = 1. A partir de entonces la amplitud de la oscilación se mantiene, por eso a la condición Aβ = 1 se la denomina condición de mantenimiento. Estas condiciones para que un circuito oscile se conocen como criterio de Barkhausen.

OSCILADORES DE ONDA SENOIDAL Criterio de Barkhausen: 1era Condición La frecuencia a la cual funcionara un oscilador senoidal es aquella en que el desfasaje total introducido, al transmitirse la señal desde los terminales de entrada por el amplificador y la red de realimentación, hasta volver de nuevo a la entrada, es precisamente cero. 2da Condición Las oscilaciones no se sostendrán si, a la frecuencia del oscilador, la magnitud del producto de la ganancia de transferencia del amplificador por el factor de realimentación de la red (ganancia de lazo abierto) es menor que la unidad.

El ángulo de fase de retroalimentación debe ser igual a cero. El

producto de retroalimentación debe ser igual a la unidad. Ing. Diana Mendieta

Tipos de Osciladores

Osciladores RC (Wien, Meachan)- Baja Frecuencia Osciladores LC (Hartley, Colpitts)-Alta Frecuencia Osciladores de Cristal-Alta Frecuencia y Frecuencia Fija

BJT, JFET, MOSFET, Amp. Integrados, etc

A(j) Amplificador

Salida

(j) Red pasiva

• RC en baja frecuencia. • LC en alta frecuencia (y variable). • Dispositivo piezoeléctrico en alta frecuencia (y constante). • Líneas de transmisión en muy alta frecuencia. Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES LC Se aplican en general para frecuencias mayores a 100KHz, ya que a frecuencias menores, el factor Q de las bobinas es bajo y tendrán poca estabilidad de la frecuencia

Z2 Z3

Z1

Son dos esquemas clásicos de oscilador para comunicaciones con un único elemento activo, que puede ser un BJT o un MOSFET Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES HARTLEY Cuando se enciende aparecen muchas frecuencias en el colector Q1 y se acoplan al circuito tanque a través de C2. El ruido inicial proporciona la energía necesaria para cargar a C1, una vez que este se carga comienza la acción del oscilador.

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES COLPITTS

En el encendido inicial aparece ruido en el colector Q1 y suministra la energía al circuito tanque haciéndolo comenzar a oscilar, los capacitores forman un divisor de voltaje.

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES RC

Para frecuencias menores a 100KHz, se trata de evitar el uso de bobinas, surgiendo así el oscilador RC

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES PUENTE DE WIEN

En el encendido inicial aparece un ruido en Vsal, que se retroalimenta por la red de adelanto – retraso. La ganancia de voltaje es = 1 y produce oscilaciones auto sostenidas.

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES PUENTE DE MEACHAN Usa un puente llamado de dos brazos y un termistor, Q1 funciona como divisor de fase y proporciona dos señales desfasadas 180º, el cristal debe funcionar en su frecuencia de resonancia en serie. El circuito tanque LC se sintoniza a la frecuencia de resonancia en serie del cristal.

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES

DE CRISTAL DE CUARZO

El cristal de cuarzo es muy utilizado como componente de control de la frecuencia de circuitos, osciladores, convirtiendo las vibraciones mecánicas en voltajes específicos.

Un cristal es un dispositivo electromecánico que se comporta como un circuito muy selectivo en frecuencia, es decir con un factor de calidad, Q, muy alto. Está construido a base de cuarzo o de una cerámica sintética con propiedades piezoeléctricas. Sus propiedades son muy estables en el tiempo e insensibles a los cambios de temperatura o humedad. No obstante, cuando se emplean para osciladores de referencia de alta precisión se encierran en una caja a temperatura controlada.

OSCILADORES

DE CRISTAL DE CUARZO

R1

R2

R3

L1

L2

L3

C1

C2

C3

CO

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES R1

R2

R3

C1

C2

C3

L1

L2

DE CRISTAL DE CUARZO

Z(f)

L3

CO

Im(Z(f)) [k 50

Comportamiento inductivo

0 Comportamiento capacitivo

-50 f1

f2 Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES

DE CRISTAL DE CUARZO

(a):Estructura cristalina básica (b): Ejes cristalográficos

(c): cortes del cristal (d): montura del cristal

Ing. Diana Mendieta