OSCILADORES DE ONDA SENOIDAL

Republica bolivariana de VenezuelaUniversidad Nacional Experimental Politécnica

de la fuerza armada nacionalUNEFA

OSCILADORES DE ONDA SENOIDAL

Oscilador es un circuito que genera una señal periódica, es decir, queproduce una señal periódica a la salida sin tener ninguna entradaperiódica. Los osciladores se clasifican en armónicos, cuando la salidaes 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 sepuede ajustar mecánicamente (condensadores o bobinas de valorajustable) o aplicando tensión a un elemento, estos últimos se conocencomo osciladores controlados por tensión o VCO, es decir, osciladorescuya frecuencia de oscilación depende del valor de una tensión decontrol. Y también es posible hallar osciladores a cristal controladospor tensión o VCXO.

OSCILADORES DE ONDA SENOIDAL

Oscilador: Proporciona una señal de salida, esta debe serrepetitiva, generalmente de una frecuencia fija y una formade onda particular.

Salida-Entrada Planta

Red derealimentación

xe(s) xs(s)xer(s)

xr(s)

G(s)

H(s)

G(s) =xs(s)xer(s)

Lazo abierto

=xs(s)xe(s)

G(s)1 + G(s)·H(s)

Lazo cerrado

Ing. Diana Mendieta

En las aplicaciones electrónicas, un oscilador es un dispositivo o circuito queproduce oscilaciones eléctricas. Una oscilación eléctrica es un cambio repetitivode voltaje o de corriente en una forma de onda.Componentes:1. Amplificación: dispositivo activo (Amplificar voltaje)2. Retroalimentación positiva: un oscilador debe tener una trayectoria completa

para que la señal de salida regrese a la entrada.3. Componentes que determinan la frecuencia4. Fuente de poder

OSCILADORES DE ONDA SENOIDAL

Criterio de Oscilación

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

A es la ganancia del amplificador inicial, o ganancia en lazo abierto, β es elfactor de realimentación y Aβ es la ganancia de lazo. Todos son númeroscomplejos cuyo módulo y fase varían con la frecuencia angular, ω. Laganancia 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 mantieneindefinidamente, 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 amplificaindefinidamente hasta que la saturación del amplificador lo devuelve a lacondición anterior. Como la saturación es un fenómeno no lineal, al mismoprovoca la aparición de armónicos.

Si el circuito tiene Aβ > 1 podemos prescindir de la señal de entradapuesto que el ruido, siempre presente, contiene componentes a todas lasfrecuencias. La componente de ruido a la frecuencia en la que se cumplaesta condición, conocida como condición de arranque, se amplificaindefinidamente hasta la saturación del amplificador o hasta que uncircuito auxiliar consiga que para esa frecuencia Aβ = 1. A partir deentonces la amplitud de la oscilación se mantiene, por eso a la condiciónAβ = 1 se la denomina condición de mantenimiento. Estas condicionespara que un circuito oscile se conocen como criterio de Barkhausen.

Criterio de Oscilación

OSCILADORES DE ONDA SENOIDALCriterio de Barkhausen:1era CondiciónLa frecuencia a la cual funcionara un oscilador senoidal es aquellaen que el desfasaje total introducido, al transmitirse la señal desdelos terminales de entrada por el amplificador y la red derealimentación, hasta volver de nuevo a la entrada, esprecisamente cero.2da CondiciónLas oscilaciones no se sostendrán si, a la frecuencia del oscilador,la magnitud del producto de la ganancia de transferencia delamplificador por el factor de realimentación de la red (ganancia delazo abierto) es menor que la unidad.

El ángulo de fase de retroalimentación debe ser igual acero.El producto de retroalimentación debe ser igual a launidad.

Ing. Diana Mendieta

Osciladores RC (Wien, Meachan)- BajaFrecuenciaOsciladores LC (Hartley, Colpitts)-AltaFrecuenciaOsciladores de Cristal-Alta Frecuencia yFrecuencia Fija

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 piezoeléctrico en alta frecuencia (y constante).• Líneas de transmisión en muy alta frecuencia.

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES LC

Z1

Z2

Z3

Z1

Z2

Z3

Se aplican engeneral para

frecuenciasmayores a

100KHz, ya que afrecuencias

menores, el factorQ de las bobinases bajo y tendránpoca estabilidadde la frecuencia

Ing. Diana Mendieta

Son dos esquemas clásicos de osciladorpara comunicaciones con un únicoelemento activo, que puedeser un BJT o un MOSFET

OSCILADORES HARTLEY

Cuando se enciendeaparecen muchasfrecuencias en elcolector Q1 y se

acoplan al circuitotanque a través deC2. El ruido inicial

proporciona laenergía necesaria

para cargar a C1, unavez que este se carga

comienza la acción deloscilador.

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES COLPITTS

En el encendidoinicial aparece

ruido en el colectorQ1 y suministra laenergía al circuitotanque haciéndolocomenzar a oscilar,

los capacitoresforman un divisor

de voltaje.

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES RC

Para frecuenciasmenores a 100KHz,se trata de evitar el

uso de bobinas,surgiendo así el

oscilador RC

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES PUENTE DE WIEN

En el encendidoinicial aparece un

ruido en Vsal, que seretroalimenta por la

red de adelanto –retraso. La ganancia

de voltaje es = 1 yproduce oscilaciones

auto sostenidas.

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES PUENTE DE MEACHAN

Usa un puentellamado de dos brazos

y un termistor, Q1funciona como divisorde fase y proporciona

dos señalesdesfasadas 180º, el

cristal debe funcionaren su frecuencia deresonancia en serie.

El circuito tanque LCse sintoniza a la

frecuencia deresonancia en serie

del cristal.

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES DE CRISTAL DE CUARZO

El cristal de cuarzoes muy utilizadocomo componentede control de lafrecuencia de

circuitos,osciladores,

convirtiendo lasvibraciones

mecánicas envoltajes específicos.

Un cristal es un dispositivo electromecánico que se comporta como uncircuito muy selectivo en frecuencia, es decir con un factor de calidad, Q,muy alto. Está construido a base de cuarzo o de una cerámica sintéticacon propiedades piezoeléctricas. Sus propiedades son muy estables enel tiempo e insensibles a los cambios de temperatura o humedad. Noobstante, cuando se emplean para osciladores de referencia de altaprecisión se encierran en una caja a temperatura controlada.

R1

C1

L1

CO

R2

C2

L2

R3

C3

L3

OSCILADORES DE CRISTAL DE CUARZO

Ing. Diana Mendieta

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

Comportamientoinductivo

Comportamientocapacitivo

OSCILADORES DE CRISTAL DE CUARZO

Ing. Diana Mendieta

OSCILADORES DE CRISTAL DE CUARZO

(a):Estructura cristalina básica (c): cortes del cristal(b): Ejes cristalográficos (d): montura del cristal

Ing. Diana Mendieta