Universidad Católica San Pablo

Facultad de Ingenierías y Computación

Programa Profesional de Ingenierías de

Telecomunicaciones

Multiplicador de frecuencia

Electrónica de Comunicaciones

Tel 5.1-2

David Pamo Quino

Semestre V

2013

“Yo declaro haber realizado el presente trabajo de acuerdo a las normas

de la Universidad Católica San Pablo”

Firma

1

INFORME PRÁCTICO Nº6 Multiplicador de frecuencia x10

1. OBJETIVO

Obtener 5 diferentes frecuencias , variando la tensión y la resistencia para obtener un 50% de ciclo de trabajo.

Cálculo de frecuencias teóricas y prácticas.

Obtener 5 frecuencias implementando un Flip Flop.

2. EQUIPOS Y MATERIALES

Laboratorio: Laboratorio de Electrónica y Comunicaciones.

Equipos y dispositivos:

PC

Fuente de Poder

Osciloscopio

Batería de 9V

Software:

Multisim

Materiales y fungibles:

Fuente 9V DC

Potenciometro

Multivibrador 555

Condensadores: 0.1uF

Resistencia 1Kohm

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3. MARCO TEÓRICO 3.1.- Oscilador VCO Es un oscilador controlado por tensión es un dispositivo electrónico que usa amplificación, realimentación y circuitos resonantes que da a su salida una señal eléctrica de frecuencia proporcional a la tensión de entrada. Una aplicación típica es generar señales moduladas en frecuencia ( FM). Multivibrador LM555 usado en oscilador VCO

Donde :

La entrada 5 modificará la señal con tensión es decir la señal se modificará en la frecuencia de este.

La resistencia VR1 modificará el ciclo de trabajo de la señal en porcentaje específicamente 𝑡1esto quiere decir para que se de un 50% de ciclo de trabajo del oscilador debe de cumplir la siguiente igualdad.

𝑡1 = 𝑡2

Y la salida 3 será la salida de la señal del oscilador VCO.

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Señal y su frecuencia La señal en sí será una onda cuadrada esta tendrá dos tiempos de carga y descarga que conformará un periodo de la señal (T).

𝑇 = 𝑇. 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 + 𝑇. 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

Tiempo de Carga (𝑡1) En el tiempo de carga (𝑡1) en ella intervendrán los voltajes de alimentación y modificadora de la señal también las resistencias y capacitor unidos a los pines 7, 2, 6.

𝑡1 = 𝑊 = −(𝑅1 + 𝑅2)𝐶1 ln(𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑐𝑜𝑛

𝑉𝑐𝑐 − 0.5𝑉𝑐𝑜𝑛)

Donde:

𝑉𝑐𝑐 ∶ 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 𝑉𝑐𝑜𝑛 ∶ 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑙𝑎 𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 ( 𝑝𝑖𝑛 5)

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Tiempo de Descarga (𝑡2) En el tiempo de descarga (𝑡2) en ella intervendrán sólo una resistencia (R2) y el condensador.

𝑡2 = log(2) 𝑅2𝐶 = 0.693(𝑅2)𝐶

Para su frecuencia denotamos:

𝑓 = 1

𝑇

Donde:

𝑇 = 𝑇. 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 + 𝑇. 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

𝑇 = 𝑡1 + 𝑡2 Por lo tanto :

𝑓 = 1

𝑡1 + 𝑡2

𝑓 =1

−(𝑅1 + 𝑅2)𝐶1 ln (𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑐𝑜𝑛

𝑉𝑐𝑐 − 0.5𝑉𝑐𝑜𝑛) + 0.693(𝑅2)𝐶1

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3.2.- Flip Flop Tipo D Divisores de Frecuencia Los divisores de frecuencia son circuitos lógicos secuenciales que se utilizan para obtener señales de diferentes frecuencias, sincronizadas con un oscilador de frecuencia superior. Como se mencionó anteriormente, los flip-flops son utilizados para éste tipo de aplicación. Si observamos la figura 2, podemos ver que si conectamos la salida QN con la entrada D del flip-flop tipo D, se obtiene en la salda Q una señal de frecuencia f = 1/2T cuando la frecuencia de clk es 1/T. Evidentemente éste circuito divide entre 2 la señal periódica conectada en

Figura 2. Flip-Flop T

Esta configuración de flip-flop también es conocida como flip-flop tipo T, y su funcionamiento consiste en invertir el nivel de salida en Q y QN a cada flanco de subida de CLK. Para obtener un mayor divisor de frecuencia, se pueden conectar flip-flop tipos T en secuencia, en donde el divisor de la frecuencia se obtiene mediante divisor = 2^n, donde n es el número de flip-flops.

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3.3.- Multiplicador LM 565 x10 La malla de fase cerrada (PLL) es un circuito retroalimentado compuesto de un detector de fase, un filtro pasobajas y un oscilador controlado por voltaje (VCO). Algunos PLL también incluyen un amplificador en el lazo y en algunas aplicaciones no se utilizan un filtro. El PLL es capaz de engancharse o sincronizarse con una señal entrante. Cuando cambia de la señal entrante, lo que indica un cambio de frecuencia, la salida del detector de fase se incrementa o reduce lo suficiente para mantener la frecuencia del VCO igual a la frecuencia de la señal entrante. El detector de fase compara la diferencia de fase entre la señal entrante, Ve y la señal del VCO, VO. Cuando la frecuencia de la señal entrante fe es diferente de la frecuencia del VCO, fO, el ángulo de fase entre las dos señales también es distinto. La salida del detector de fase y el filtro es proporcional a la diferencia de fase entre las dos señales. Este voltaje proporcional se realimenta al VCO, lo que hace que su frecuencia se mueva hacia la frecuencia de la señal entrante hasta que las dos frecuencias son iguales; en ese momento, el PLL se engancha a la frecuencia entrante. Si fe cambia, la diferencia de fase también lo hace y esto hace que el VCO rastree la frecuencia entrante.

Fig. PLL LM565

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3.3.- Multiplicadores de frecuencia El multiplicador de frecuencia es un dispositivo que cambia la frecuencia de una señal, obteniendo a su salida una frecuencia más alta, siendo su relación con la de entrada un número entero. Están formados por circuitos no lineales, con ganancia o no, de modo que se crean armónicos de la señal de entrada. Se diseña para potenciar la aparición del armónico deseado y cancelar en lo posible la aparición de los demás. La señal se filtra a la frecuencia de salida para evitar armónicos indeseables y, eventualmente, se amplifica. El LM565 es en general un PLL que contiene un oscilador controlado por tensión (VCO), un detector de fase y un filtro pasa bajos. La frecuencia del VCO se establece con una resistencia externa y un condensador. Las características del sistema de bucle cerrado- ancho de banda, la velocidad de respuesta, la captura y empuje en el rango- pueden ajustarse en un amplio intervalo con una resistencia externa y un condensador. El bucle puede ser abierto entre el VCO y el detector de fase para la inserción de un divisor de frecuencia digital para obtener multiplicación de frecuencia. 3.4 Circuito Implementado

Multiplicador de Frecuencia X10

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4. DESARROLLO Circuito Multiplicador x10 con oscilador VCO

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Señal Para nuestra primera señal obtenemos una señal del VCO Frecuencia del VCO como entrada del multiplicador:

𝑓 = 1.8 𝐾𝐻𝑧

En el multiplicador podemos hacer variar como máximo por 15. Entonces como frecuencia de salida :

𝑓 = 5.7 𝐾𝐻𝑧 N= 3

Es decir la frecuencia de entrada fue multiplicado por 3.

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Señal con diferentes multiplicadores A partir de esta señal tomaremos como base una frecuencia de entrada de :

𝑓 = 20 𝐾ℎ𝑧 Multiplicador x10

Frecuencia de salida :

𝐹𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 200𝐾ℎ𝑧 → 𝑁 = 10

Multiplicador x3

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Frecuencia de salida:

𝐹𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 65𝐾ℎ𝑧 → 𝑁 = 3

Multiplicador x12

Frecuencia de salida:

𝐹𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 232𝐾ℎ𝑧 → 𝑁 = 12 Multiplicador x8

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Frecuencia de salida:

𝐹𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 160𝐾ℎ𝑧 → 𝑁 = 8

Multiplicador x5

Frecuencia de salida

𝐹𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 100𝐾ℎ𝑧 → 𝑁 = 5

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5. CONCLUSIONES

Podemos concluir que el PLL depende en sí del divisor de MMT4C90 es decir la

frecuencia de salida variará según a las modificaciones de sus pines.

En este divisor podemos variar solo 4 bits

𝟒 𝒃𝒊𝒕𝒔 𝒄𝒐𝒏 𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒐 𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 → 𝟏 𝟏 𝟏 𝟏 → 𝟏𝟓

El divisor tendrá bits de máximo y mínimo significación.

La frecuencia de salida depende del divisor y la frecuencia de entrada:

𝒇𝒔𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂 = 𝑵 𝒇𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂

Donde N es el valor multiplicador

A mayor Tensión hay menor frecuencia y viceversa.

↑ 𝑻𝒆𝒏𝒔𝒊ó𝒏 = ↓ 𝑭𝒓𝒆𝒄𝒖𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒔𝒆ñ𝒂𝒍

↓ 𝑻𝒆𝒏𝒔𝒊ó𝒏 = ↑ 𝑭𝒓𝒆𝒄𝒖𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒔𝒆ñ𝒂𝒍

Con el potenciómetro podríamos decir que se cumple una proporcionalidad en

el tiempo de carga.

↑ 𝑹𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 = ↑ 𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂

↓ 𝑹𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒄𝒖𝒂 =↓ 𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂

El Flip Flop se comporta como una onda de la suma de los tiempos de carga

del oscilador VCO es decir:

𝑻. 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝑭𝒍𝒊𝒑 𝑭𝒍𝒐𝒑 = 𝑻. 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝑶𝒔𝒄𝒊𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓 + 𝑻. 𝒅𝒆𝒔𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒐𝒔𝒄𝒊𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓

𝑻. 𝒅𝒆𝒔𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝑭𝒍𝒊𝒑 𝑭𝒍𝒐𝒑 = 𝑻. 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝑶𝒔𝒄𝒊𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓 + 𝑻. 𝒅𝒆𝒔𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒐𝒔𝒄𝒊𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓