MODULO 4. OSCILADORES DE RF

Transcripción

1 MODULO 4. OSCILDORES DE RF 4. Osciladores con ampliicador realimentado 4..- Principio de operación El oscilador sintonizado Osciladores Hartley y Colpitts Oscilador Clapp y oscilador controlado por voltaje Estabilidad de la recuencia de oscilación y el oscilador a cristal. 4.2 Osciladores con resistencia negativa

2 4..- Principio de operación Un oscilador es un circuito que produce una señal periódica a partir de la aplicación de una uente de alimentación de corriente continua. En sistemas de RF, produce las señales de reerencia requeridas para modular, demodular y para realizar conversión de recuencia. Las características más importantes en un oscilador son la recuencia, amplitud, pureza y estabilidad de la señal producida. I CC + V CC - Oscilador Senoidal + R L v L _ v Lp-p T/

3 Dos principios de uncionamiento V i V o V β Monopuerto con resistencia negativa Osciladores con ampliicador realimentado Osciladores con elementos de resistencia negativa

4 mpliicador realimentado positivamente Punto de suma V i V S +V +V CC mpliicador básico (opera cuando es alimentado) mpliicador básico V O V i V S + V i V o Punto de suma V V + V i s + -V CC Red de realimentación V β V β V O Red de realimentación (usualmente es una red RLC pasiva) Sustituyendo y despejando, la ganancia del ampliicador realimentado es V V O S β T Ganancia de lazo T β

5 Ganancia del ampliicador realimentado T Considerando que estas cantidades son relaciones asoriales (magnitud y ase) arg() β β arg(β ) T T arg(t ) donde T β Magnitud de la ganancia de lazo arg( T ) arg( ) + arg( β ) Fase de la ganancia de lazo Entonces la ganancia del ampliicador realimentado se puede escribir como arg( ) T arg( T )

6 Condición de oscilación Partiendo de arg( ) T arg( T ) Suponiendo que en una recuencia dada se cumple T 0 La ganancia del ampliicador realimentado tiende a ininito lim T 0 ( ) Tomando en cuenta que V V o s La condición T 0 indica que puede existir una señal de salida, aún sin tener una señal de entrada (señal de entrada externa cero).

7 Criterio de Barckhausen rquitectura de un oscilador V i V β V o Se debe satisacer T 0. La recuencia a la cual un oscilador operará (representada por o) es aquella para la cual el corrimiento de ase de una señal que entra al ampliicador y pasa por la red de realimentación, llegando de nuevo a las terminales de entrada del ampliicador es cero o un múltiplo de 2π radianes. arg T ( ) 0 o 2. Para que la oscilación se sostenga, a la recuencia de oscilación, el producto de la magnitud de la ganancia del ampliicador por la magnitud de la red de realimentación debe ser mayor o igual a la unidad. T o

8 rranque del oscilador T o Cuando la magnitud es exactamente la unidad, la señal realimentada retorna exactamente del tamaño que se supone tenía la señal en la entrada; Cuando la magnitud de la ganancia de lazo es mayor a la unidad, la señal realimentada crece cada vez más al propagarse repetidamente a la entrada del ampliicador. Esta última situación, combinada con la presencia inherente de ruido blanco en todo circuito, justiica el arranque de la oscilación.

9 Ejemplo: El circuito mostrado a continuación posee la arquitectura de un oscilador, es decir, contiene un ampliicador y una red de realimentación. Suponiendo una operación ideal del ampliicador operacional, encuentre expresiones para la ganancia y el actor de realimentación β. Luego, aplicando el criterio de Barckhausen determine la recuencia de oscilación, y la condición para que oscile.

10 Solución: En primer lugar se identiican los bloques del ampliicador y la red de realimentación, como se muestra en la igura hora, suponiendo que el ampliicador operacional es ideal, la impedancia de entrada es ininita y la impedancia de salida es cero, por lo que se pueden separar los bloques como se muestra:

11 Ganancia Factor de realimentación En un ampliicador no inversor, se sabe que v R v + 2 R o i Z 2 Z 2 v v0 Z 2 + Z R + R + jωc Sustituyendo y despejando Z jωc La ganancia es: vo + v i R R 2 v β v o jωrc [ ( ωrc) ] 2 + j( 3ωRC)

12 plicando el primer punto del criterio de Barckhausen, y observando que la ase de la ganancia del ampliicador es cero a cualquier recuencia (ya que es real y positiva), entonces, la recuencia de oscilación se dará cuando la ase del actor de realimentación es cero, es decir, cuando ωrc Para este caso jωrc 0 + j RC ( 3ω ) 3 β ω 0 RC La recuencia a la cual se presenta esta condición es: 2πRC Esta es la recuencia de oscilación, ya que se cumple la condición de ase

13 En esta recuencia, la magnitud del actor de realimentación es /3, y para satisacer el segundo criterio de Barkhausen, la ganancia del ampliicador debe ser mayor a 3, es decir + R R 2 3 De donde R2 2R NOT: l circuito recién analizado se le conoce como oscilador puente de Wien, y cuando se utiliza un ampliicador operacional de propósito general, puede producir recuencias de oscilación hasta de unos cuantos Kilohertz. Cuando se requiere producir recuencias mas altas, es necesario utilizar transistores y circuitos LC en la red de realimentación.

14 Ejemplo: Calcule la recuencia de oscilación del circuito mostrado y proponga un valor para la resistencia variable. Solución: 2πRC 3 2π 9 ( 0 0 )( 5 0 ),06Hz ( + ) R 22, ,000 R R', R ' R ',500 Ω variable

15 Técnica para determinar la ganancia de lazo En muchos casos, no es posible separar el ampliicador y la red de realimentación, por lo que el siguiente procedimiento resulta útil: - Identiicar una señal a lo largo del lazo, de manera que se pueda abrir éste sin alterar las relaciones eléctricas existentes 2- brir el lazo. la señal correspondiente a la salida se le llamará de igual manera como se nombraba, mientras que se cambia el nombre a la señal correspondiente a la entrada 3- Determinar la relación de la señal de salida entre la señal de entrada. Esta es la ganancia de lazo V i V o β V V i T V i V i ' V i T V i