Post on 04-Dec-2015
description
1
ELECTRONICA DE
COMUNICACIONES
OSCILADORES
PARTE 2
RPCG
TIPOS DE OSCILADORES
SalidaAmplificador
Red pasiva
A(j )
(j )
SalidaAmplificador
Red pasiva
A(j )
(j )
BJT, JFET, MOSFET, Amp. Integrados, etc
RC en baja frecuencia.
LC en alta frecuencia (y variable).
Dispositivo piezoelctrico en alta frecuencia (y constante).
Lneas de transmisin en muy alta frecuencia.
15
Osciladores LC con tres elementos reactivos
SalidaAmplificador
Red pasiva
A(j )
(j )
SalidaAmplificador
Red pasiva
A(j )
(j )
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs Rs
G D
S
gvgs
+
-
+
-
vgs
FET
Z1
Z2
Z3
Z1
Z2
Z3
16
+
-
ve Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
+
-
vs
+
-
verZ1
Z2
Z3
+
-vsr
OSCILADORES LC CON TRES ELEMENTOS REACTIVOS
17
OSCILADORES LC CON TRES ELEMENTOS REACTIVOS
+
-
ve Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
+
-
vs
+
-
verZ1
Z2
Z3
+
-vsr
+
-
ve Rs
G D
S
gvgs
+
-
+
-
vgs
+
-
vs
+
-
verZ1
Z2
Z3
+
-vsr
vs = -g ve
RsZ1(Z2+Z3)
Z1+Z2+Z3
Rs +Z1(Z2+Z3)
Z1+Z2+Z3
vsr = verZ3
Z2+Z3
Por tanto:
vsr = -g ve
RsZ1Z3
Z1+Z2+Z3
Rs +Z1(Z2+Z3)
Z1+Z2+Z3
ver = vs
18
OSCILADORES LC CON TRES ELEMENTOS REACTIVOS
+
-
ve Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
+
-
vs
+
-
verZ1
Z2
Z3
+
-vsr
+
-
ve Rs
G D
S
gvgs
+
-
+
-
vgs
+
-
vs
+
-
verZ1
Z2
Z3
+
-vsr
De otra forma: vsr = -g veRsZ1Z3
Rs(Z1+Z2+Z3)+Z1(Z2+Z3)
Por tanto: A = vsr/ve = -g RsZ1Z3
Rs(Z1+Z2+Z3)+Z1(Z2+Z3)
Puesto que usamos slo
bobinas y condensadores:
Z1 = jX1Z2 = jX2Z3 = jX3
A = -g -RsX1X3
jRs(X1+X2+X3)-X1(X2+X3)
Por tanto:
19
OSCILADORES LC CON TRES ELEMENTOS REACTIVOS
Si el circuito debe oscilar al cerrar el interruptor, debe cumplirse que:
Existe osc tal que A(j osc) (j osc) = 0 (es decir, REAL)
A osc se cumple |A(j osc) (j osc)| > 1
Como: X1( osc)+X2( osc)+X3( osc) = 0, los tres elementos
reactivos no pueden ser iguales. Tiene que haber dos bobinas y un
condensador o dos condensadores y una bobina.
Por tanto: A(j osc) (j osc) = -g -RsX1X3
jRs(X1+X2+X3)-X1(X2+X3)= 0
RsX3( osc)
X2( osc)+X3( osc)A(j osc) (j osc) = -g Queda:
Y como: X2( osc)+X3( osc) = -X1( osc),
20
OSCILADORES LC CON TRES ELEMENTOS REACTIVOS
RsX3( osc)
X1( osc)A(j osc) (j osc) = g queda:
Como: A(j osc) (j osc) = 0 (es decir, POSITIVO), X3 y X1deben ser del mismo tipo (los dos elementos bobinas o los dos
condensadores).
Z1
Z2
Z3
Z1
Z2
Z3
Z1
Z2
Z3
Z1
Z2
Z3 Hartley
Z1
Z2
Z3
Z1
Z2
Z3 Colpitts
21
OSCILADORES LC CON TRES ELEMENTOS REACTIVOS
RsX3( osc)
X1( osc)g > 1
Como para que el circuito oscile al cerrar el interruptor debe
cumplirse que |A(j osc) (j osc)| > 1, entonces queda:
HartleyX3= L3
X2= -1/ C2X1= L1
X3= L3
X2= -1/ C2X1= L1
RsL3
L1g > 1
ColpittsX3= -1/ C3
X2= L2 X1= -1/ C1
X3= -1/ C3
X2= L2 X1= -1/ C1 RsC1
C3g > 1
22
OSCILADORES LC CON TRES ELEMENTOS REACTIVOS
La frecuencia de oscilacin se calcula a partir de la condicin:
X1( osc)+X2( osc)+X3( osc) = 0
HartleyX3= L3
X2= -1/ C2X1= L1
X3= L3
X2= -1/ C2X1= L1
fosc =1
2 (L1+L3)C2
X3= -1/ C3
X2= L2 X1= -1/ C1
X3= -1/ C3
X2= L2 X1= -1/ C1
Colpitts
fosc =1
C1+C3
C1C3L22
23
Colpitts
fosc =1
C1+C3
C1C3L22
RsC1
C3g > 1Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
C3
L2 C1
Rs
G D
S
gvgs
+
-
+
-
vgs
C3
L2 C1
Hartley
fosc =1
2 (L1+L3)C2
RsL3
L1g > 1Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
L3
C2L1
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
L3
C2L1
24
OSCILADORES LC ACTIVOS CON TRES ELEMENTOS
OSCILADOR COLPITTS: RED DE OSCILACIN
Y CIRCUITO EQUIVALENTE
Oscilador Colpitts: ganancia de lazo
Oscilador Colpitts: frecuencia de oscilacin
Oscilador Colpitts: con elementos de polarizacin
Circuito RLC paralelo
Circuito RLC paralelo : ecuacin caracterstica
IMPEDANCIA NEGATIVA:
ECUACIN RESULTANTE
CIRCUITO RLC PARALELO : SOLUCIONES
CIRCUITO RLC PARALELO : GRAFICAS DE LAS
SOLUCIONES
IMPEDANCIA NEGATIVA
Impedancia negativa: circuito equivalente
Impedancia negativa: aplicacin en un circuito
oscilador con polarizacin
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
C3
L2 C1
Rs
G D
S
gvgs
+
-
+
-
vgs
C3
L2 C1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
G D
S
C3
L2 C1
+
-
vs osc
*
G D
S
C3
L2 C1
+
-
vs osc
G D
S
C3
L2 C1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
*
GD
S
+ Vcc
LCH
CS
GD
S
+ Vcc
LCH
CS
CD
+ Vcc
LCH
GD
S
CS
C3
L2
C1
+
-
vs oscCG
CD
+ Vcc
LCH
GD
S
CS
C3
L2
C1
+
-
vs oscCG
+ Vcc
LCH
GD
S
CS
C3
L2
C1
+
-
vs osc
+ Vcc
LCH
GD
S
CS
+ Vcc
LCH
GD
S
CS
+ Vcc
LCH
GD
S
CS
GD
S
CS
C3
L2
C1
+
-
vs osc
C3
L2
C1
+
-
vs osc
+
-
vs oscCG
G D
S
*
G D
S
*25
GD
S
+ Vcc
LCH
GD
S
+ Vcc
LCH
G D
S
*
G D
S
* C3
L2
C1
+
-
vs oscG
D
S
+ Vcc
CD
C3
L2
C1
+
-
vs osc
+
-
vs oscG
D
S
+ Vcc
CD
G D
S
C3
L2 C1
+
-
vs osc
*
G D
S
C3
L2 C1
+
-
vs osc
G D
S
C3
L2 C1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
*Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
C3
L2 C1
Rs
G D
S
gvgs
+
-
+
-
vgs
C3
L2 C1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
26
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
C3
L2 C1
Rs
G D
S
gvgs
+
-
+
-
vgs
C3
L2 C1 +
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
G D
S
C3
L2 C1+
-
vs osc
*
G D
S
C3
L2 C1+
-
vs osc
G D
S
C3
L2 C1+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
*
G D
S
*
G D
S
*
C3L2
C1
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CSC3L2
C1
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
C3L2
C1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CSGD
S
+ Vcc
LCH
G D
S
+ Vcc
LCH
27
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
L3
C2L1
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
L3
C2L1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
L3
C2
L1
+ Vcc
GD
S
CS
+
-
vs osc
CD
L3
C2
L1
+ Vcc
GD
S
CS
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
CD
GD
S
+ Vcc
LCH
CS
GD
S
+ Vcc
LCH
CS
28
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
L3
C2L1
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
L3
C2L1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
LCH
GD
S
+ Vcc
LCH
GD
S
+ VccL3
C2L1
+
-
vs osc
CD1
LCH
G
D
S
+ Vcc
CM
CD2
L3C2
L1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
CD1
LCH
G
D
S
+ Vcc
CMCM
CD2
29
L3 +
-
vs osc
CG
L1
CM
G D
S
+ Vcc
C2 CS
L3 +
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
CG
L1
CM
G D
S
+ Vcc
C2C2C2 CS+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
+
-
vs osc
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
L3
C2L1
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
L3
C2L1
G D
S
+ Vcc
LCH
G D
S
+ Vcc
LCH
30
Osciladores LC con ms de tres elementos reactivos:
El oscilador de Clapp (I)
Rs
G D
S
gvgs
+
-
vgs
C3
L2C1
C2
Rs
G D
S
gvgs
+
-
+
-
vgs
C3
L2C1
C2
fosc =1
C1C2+C1C3+C2C3
C1C2C3L22
RsC1
C3g > 1
Condiciones de oscilacin:
C2 no influye en la condicin
|A(j osc) (j osc)| > 1
C2 influye en la frecuencia de oscilacin, especialmente si C2
Osciladores LC con ms de tres elementos reactivos:
El oscilador de Clapp (II)
C3L2
C1
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CS
C2
RG
R1
32
Osciladores de frecuencia variable (I)
Hay que hacer variar uno de los elementos reactivos de la red de
realimentacin.
Tipos:
Con control manual
Controlado por tensin (Voltage Cotrolled Oscillator, VCO)
Con control manual de la frecuencia
Usando un condensador variable
33
Osciladores de frecuencia variable (II)
C3L2
C1
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CS
C2
RG
R1
C3L2
C1
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CS
C2
C3L2
C1
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CS
C2
C3L2
C1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CS
C2C2
RG
R1
Clapp (Colpitts sintonizado en serie)
C3L2
C1
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CS
R1
C2 C3L2
C1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CS
R1
C2C2
Colpitts sintonizado en paralelo
fosc =1
C1+C3
C1C3( +C2)L22
fosc =1
C1C2+C1C3+C2C3
C1C2C3L22
RsC1
C3g > 1Condiciones de oscilacin: (comn)
34
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE
Osciladores Controlado por Tensin (VCOs)
C3L2
C1
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CS
C21
RG
R1+
-
vCF
RCF
C22
C3L2
C1
+
-
vs osc
+
-
vs osc
G D
S
+ Vcc
LCH
CS
C21
RG
R1+
-
vCF
+
-
vCF
RCF
C22
C2C2
Se basan en el uso de diodos varicap
35
Hojas de caractersticas de un diodo varicap (BB131) (I)
36
Hojas de caractersticas de un diodo varicap (BB131) (II)
37
Osciladores de frecuencia muy constante
Se basan en el uso de cristales de cuarzo (u otro
material piezoelctrico)
Smbolo:
CristalContacto
metlico
Terminales
Cpsula
Interior del dispositivo:
Aspecto:
38
CRISTALES PIEZOELCTRICOS :
Circuito equivalente de un cristal de cuarzo:
R1
C1
L1
CO
R2
C2
L2
R3
C3
L3
39
R1
C1
L1
CO
R2
C2
L2
R3
C3
L3
R1
C1
L1
R1
C1
L1
CO
R2
C2
L2
R2
C2
L2
R3
C3
L3
R3
C3
L3
Z(f)
0
Im(Z(f)) [k
50
-50
f1 f2
Comportamiento
inductivo
Comportamiento
capacitivo
CRISTALES PIEZOELCTRICOS
40
Modelo simplificado (alrededor de una de las frecuencias
en las que se produce comportamiento inductivo)
Z(f)
CO
R
C
L
CO
R
C
L
CO
R
C
L
R = 20 L = 15 mH
CO = 3,5 pFC = 0,017 pF
Ejemplo: cristal de P de 10 MHz
XL(10 MHz)= 2 1071510 -3 = 942 k
200 Hz
10,0236 10,024 10,0244
0
f [MHz]
Im(Z) [M ]1
-1
Cristales piezoelctricos (III)
41
10 10,01 10,02 10,03-600
0
600
f [MHz]
Im(Z) [k ]
L = 15 mH CO = 3,5 pFR = 20 C = 0,017 pF
Ejemplo: cristal de P de 10 MHz
Margen de
comportamiento inductivo
25 kHz
En otra escala
CO
R
C
L
CO
R
C
L
CO
R
C
L
Cristales piezoelctricos (IV)
42
COC
L
COC
L
CPs
1Z(s) = =
+ Ls +Cs
1
(Ls + ) COs
1
COs
1
Cs
1
(LCs2 + 1)
(LCSs2 + 1)
Calculamos la impedancia del modelo del cristal
C+CO
CCOCS = CP = C+COsiendo:
Anlisis senoidal: s = j
1 =1
LC2 =
1
LCSsiendo:
CP
-jZ(j ) =
(1 - LC 2 )
(1 - LCS2) CO
= (1 ( / 1)
2)
(1 ( / 2)2)
-j( 1/ 2)2
Cristales piezoelctricos (V)
43
COC
L
COC
L
Como CS < C, entonces: 2 > 1
1 =1
LC2 =
1
LCSCOZ(j ) =
(1 ( / 1)2)
(1 ( / 2)2)
-j( 1/ 2)2
Si < 1, entonces tambin < 2 y entonces:
Z(j ) = -j(cantidad positiva) < 0, es decir, comportamiento capacitivo.
Si 1 < < 2, entonces:
Z(j ) = -j(cantidad negativa) > 0, es decir, comportamiento inductivo.
Si 2 < entonces tambin 1 < y entonces:
Z(j ) = -j(cantidad positiva) < 0, es decir, comportamiento capacitivo.
Solo se comporta de modo inductivo si 1 < < 2
Cristales piezoelctricos (VI)
44
COC
L
COC
L1 =
1
LC2 =
1
LCS
COX( ) =
(1 ( / 1)2)
(1 ( / 2)2)
-( 1/ 2)2
Z(j ) = jX( )
C+CO
CCOCS = Resumen:
Comp.
inductivo
0
X( )
1 2
Comportamiento
capacitivo
Cristales piezoelctricos (VII)
45
Hojas de caractersticas de cristales de cuarzo
46