GENERACION DE SEÑALES

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Sistema de Gestiónde la Calidad

SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJEREGIONAL DISTRITO CAPITAL

CENTRO ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA YTELECOMUNICACIONES

Fecha: 31/07/2011

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GENERACION DE SEÑALES

Los sistemas modernos de comunicaciones electrónicas tienen muchas aplicaciones querequieren formas de ondas estables y repetitivas, tanto senoidales como no senoidales. En

muchas de esas aplicaciones se requiere más de una frecuencia, y a menudo esas

frecuencias se deben sincronizar entre sí. Por lo anterior, las partes esenciales de un sistema

electrónico de comunicaciones son generación de señal, sincronización de frecuencia y

síntesis de frecuencia.

Osciladores

Un oscilador es un sistema capaz de crear perturbaciones o cambios periódicos o

cuasiperiódicos en un medio, ya sea un medio material (sonido) o un campoelectromagnético (ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, rayos X, rayos

gamma, rayos cósmicos).

En electrónica un oscilador es un circuito que es capaz de convertir la corriente continua enuna corriente que varía de forma periódica en el tiempo (corriente periódica); estas

oscilaciones pueden ser senoidales, cuadradas, triangulares, etc., dependiendo de la formaque tenga la onda producida. Un oscilador de onda cuadrada suele denominarse

multivibrador y por lo tanto, se les llama osciladores sólo a los que funcionan en base al principio de oscilación natural que constituyen una bobina L (inductancia) y un

condensador C (Capacitancia), mientras que a los demás se le asignan nombres especiales.

Un oscilador electrónico es fundamentalmente un amplificador cuya señal de entrada se

toma de su propia salida a través de un circuito de realimentación. Se puede considerar queestá compuesto por:

y Un circuito cuyo desfase depende de la frecuencia. Por ejemplo:

o Oscilante eléctrico (LC) o electromecánico (cuarzo).o R etardador de fase R C o puente de Wien.

y Un elemento amplificador

y Un circuito de realimentación.






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Osciladores retroalimentados

Los osciladores para que funcionen adecuadamente deben de tener un lazo deretroalimentación.En electrónica retroalimentación significa tomar una porción de la señal

de salida y regresarla a la entrada.En la figura 1 se muestra un ejemplo del principio deretroalimentación. La retroalimentación consiste en mandar un voltaje o corriente de la

salida a la entrada.

El lazo de retroalimentación es físicamente una conexión eléctrica hecho por un cable.

Existen en la electrónica dos tipos de retroalimentación:

R etroalimentación positivaR etroalimentación negativa

En los circuitos osciladores se utiliza la retroalimentación Positiva.Hay cuatro requisitos

que se deben cumplir para lograr un buen funcionamiento en un oscilador:

*Amplificación: un oscilador debe tener un amplificador capaz de amplificar voltaje.*R etroalimentación positiva: Un circuito oscilador debe tener una trayectoria completa para

que la señal de salida regrese a la entrada.La señal de retroalimentación deber ser regenerativa, eso quiere decir, que debe tener la fase correcta y la amplitud correcta. (*)

*Componentes que determinen la frecuencia: Un oscilador debe tener componentes quedeterminen la frecuencia como por ejemplo, resistencias, capacitares, bobinas o cristales

que permitan ajustar o cambiar la frecuencia de operación.*Fuente de poder: Un oscilador para su funcionamiento como cualquier otro circuito

electrónico, requiere de una fuente de alimentación.Para que se produzcan las oscilaciones

autosostenidas, un circuito oscilador debe cumplir con los cuatro requisitos básicos que sedescribieron anteriormente.Las configuraciones más comunes que se utilizan en unoscilador para su funcionamiento son: R C (resistencia-capacitor),LC (bobina-capacitor), los

cristales de cuarzo y los circuitos integrados.






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Osciladores no sintonizados

El oscilador de puente de Wien es un oscilador R C no sintonizado de corrimiento de fase,que usa realimentación tanto positiva como negativa. Es un circuito oscilador relativamente

estable, de baja frecuencia, que se sintoniza con facilidad, y se suele usar en generadores deseñal para producir frecuencias de 5 Hz a 1 MHz. Este circuito de puente de Wien fue el

que utilizo la compañía Hewlett Packard en su diseño original de generador de señales.

La frecuencia de oscilación está dada por:

Osciladores sintonizados

Un oscilador muy sencillo se puede construir con una etapa amplificadora y una redinductiva-capacitiva (LC) que proporcione un desplazamiento de -180°. La frecuencia de

oscilación puede ser fácilmente ajustada, o sintonizada, sobre un rango de frecuencias quevarían desde unos 100kHz hasta cientos de MHz cambiando únicamente el valor de la C o

L. Estos osciladores LC sintonizados son usados en gran variedad de aplicacionesincluyendo radiotransmisores, receptores de AM y FM y generadores de onda

sinusoidal.Los osciladores LC más conocidos son,oscilador de Colpitts,oscilador deHartley, oscilador de Clapp. Su diferencia se encuentra en la red de realimentación, el

oscilador de Colpitts utiliza un divisor capacitivo en paralelo con una autoinducción y eloscilador de Hartley utiliza un divisor inductivo en paralelo con una capacidad, es decir,

ambos son duales.






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En la figura 10.7 se indican tres posibles configuraciones de un oscilador Colpitts basadoen transistores FET y BJT, y en un OA aunque no suelen ser utilizado por su limitación en

frecuencia; la autoinducción R FC sirve para aislar la línea de alimentación del oscilador,es decir, su valor es suficientemente alto para impedir que la señal sinusoidal se transmita

a la alimentación.Si la frecuencia de oscilación (o) es suficientemente baja paraconsiderar despreciable los efectos capacitivos internos de los transistores y el OA, y si la

autoinducción L tiene una resistencia interna despreciable, entonces la frecuencia deoscilación será determinada por la red LC (también conocida en muchos casos con el

nombre de circuito tanque o tank porque se comporta como una depósito de energía dealmacenamiento). Para el oscilador Colpitts, esta frecuencia es

Esta relación debe ser combinada con la ganancia de l a etapa amplificadora para asegurar las condiciones de oscilación.






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De la misma manera, la frecuencia de oscilación de los osciladores Hartley mostrados en

la figura 10.8 viene dada por

Un circuito oscilador de Clapp es idéntico al oscilador de Colpitts con la excepción de la

adición de un pequeño capacitor Cs en serie con L1. La capacitancia de Cs se hace menor

que la de C1a o de C2, y así se obtiene una reactancia grande. En consecuencia, Cs tiene el

máximo efecto en la determinación de la frecuencia del circuito tanque.

Osciladores de cristal

Los osciladores de cristal son circuitos osciladores de retroalimentación en los que sesustituye el circuito tanque LC con un cristal como componente para determinar las

frecuencias. Un oscilador de cristal es aquel oscilador que incluye en su realimentación unresonador piezoeléctrico. El oscilador de cristal se caracteriza por su estabilidad de

frecuencia y pureza de fase, dada por el resonador.La frecuencia es estable frente avariaciones de la tensión de alimentación. La dependencia con la temperatura depende del

resonador, pero un valor típico para cristales de cuarzo es de 0' 005% del valor a 25 °C, en

el margen de 0 a 70 °C.Estos osciladores admiten un pequeño ajuste de frecuencia, con uncondensador en serie con el resonador, que aproxima la frecuencia de este, de la resonancia

serie a la paralela. Este ajuste se puede utilizar en los osciladores controlados por tensión para modular su salida.






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Sintetizadores de frecuencia

Sintetizar quiere decir formar una entidad combinando partes o elementos. Un sintetizador de frecuencias se usa para generar muchas frecuencias de salida agregando, restando,

multiplicando y dividiendo una cantidad menor de frecuencias fijas. Dicho en modosencillo, un sintetizador de frecuencias es un generador de frecuencia variable controlado

por el cristal. El objetivo de un sintetizador de frecuencias es doble. Debe producir tantasfrecuencias como sea posible con una cantidad mínima de fuentes, y cada frecuencia producida debe ser tan exacta y estable como las demás. El sintetizador ideal de frecuencias

puede generar cientos y hasta miles de frecuencias distintas a partir de un oscilador de uncristal. Un sintetizador de frecuencias puede ser capaz de generar en forma simultáneamás

de una frecuencia de salida, y cada frecuencia estando sincronizada con un solo oscilador de frecuencia de referencia o maestra. Los sintetizadores de frecuencias se usan mucho en

equipo de pruebas y mediciones (generadores de señal de audio y de R F), equipo generador de tono (Touch-Tone), unidades de control remoto (sintonizadores electrónicos), sistemas

de comunicaciones de varios canales (telefonía) y sintetizadores de música.

Hay en esencia dos métodos para sintetizar frecuencias: el directo y el indirecto. En lasíntesis directa de frecuencias se generan varias frecuencias de salida mezclando las salidas

de dos o más fuentes de frecuencia controladas por cristal, o dividiendo o multiplicando lafrecuencia de salida de un solo oscilador de cristal. En la síntesis indirecta de frecuencias se

usa un divisor/multiplicador controlado por retroalimentación (como por ejemplo, unPLL), para generar varias frecuencias de salida. La síntesis indirecta de frecuencias es más

lenta y más susceptible al ruido; sin embargo, es menos costosa y requiere menos filtros asu vez menos complicados, que la síntesis directa de frecuencias.

Francisco Eduardo Castellanos Gallego

Especialista en Telecomunicaciones

Centro de Electricidad Electrónica y Telecomunicaciones

Distrito Capital

[email protected]

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