PRÁCTICA 11. OSCILACIÓN EN AMPLIFICADORES REALIMENTADOS

Transcripción

1 PRÁCTICA 11. OSCILACIÓN EN AMPLIFICADORES REALIMENTADOS 1. Objetivo El objetivo de la práctica es comprobar experimentalmente el problema de la oscilación en amplificadores realimentados. Dicho problema será estudiado en profundidad en cursos posteriores, aunque es un fenómeno de gran importancia en electrónica y en control automático. 2. Material necesario La práctica tiene un componente de simulación y otro experimental, por lo que será necesario tanto un ordenador con el programa de simulación de circuitos electrónicos como una placa de circuito impreso que implemente el circuito estudiado. 3. Conocimientos previos Para el correcto desarrollo de la práctica es necesario conocer el funcionamiento del amplificador en emisor común con resistencia de emisor, así como la teoría de amplificadores realimentados y estabilidad de los mismos. Dado que la segunda condición no se cumplirá en la mayoría de los casos, se expone a continuación un resumen de los conceptos más importantes al respecto: Sea el siguiente circuito con realimentación de tensión: donde G es la ganancia del amplificador, que como sabemos depende de la frecuencia (ω), y la red de realimentación es un circuito pasivo que introduce una ganancia B, dependiente también de la frecuencia. también dependerá de la frecuencia de dicha onda. Ambos circuitos introducen además un cierto desfase en la señal que los atraviesa, que Si para una determinada frecuencia, ω 0, se cumpliese que el desfase fuese múltiplo de 2π, y la ganancia combinada (G B) fuese igual o mayor que la unidad, entonces el circuito oscilaría a dicha frecuencia. Esto implicaría que, incluso en ausencia de señal de entrada (V in =0), la tensión de salida sería una onda senoidal de frecuencia, precisamente, ω 0. 1

2 Sin embargo, si para la frecuencia en la que el desfase es justamente 2π o múltiplo la ganancia fuese menor que la unidad, dicha oscilación no se mantendría. En general, el fenómeno de la oscilación es negativo (piénsese en el acople de micrófonos o guitarras eléctricas) y debe ser evitado diseñando correctamente las redes de realimentación. No obstante, también puede ser utilizado este fenómeno si se quiere producir una señal de frecuencia conocida (generador de ondas). Se puede demostrar que, para el circuito que analizaremos la ω o se puede calcular como: ω o = 1 6RC =2 Π f o ; f o = 1 2 Π 6 1 RC 4. Realización de la práctica La práctica se divide en dos partes bien diferenciadas. La primera de ellas estudia el circuito propuesto en simulación, mientras que la segunda lo hace de forma práctica Simulación del circuito. Todas las simulaciones se harán sobre el fichero PRACT3.CIR que se encuentra en los ordenadores del laboratorio, así como en la página web de prácticas de la asignatura: Bucle abierto. análisis AC En este primer apartado realizaremos un análisis del circuito en bucle abierto. Para ello, introducimos una onda senoidal por la entrada, y realizamos una simulación AC. Midiendo 2

3 el desfase en el punto VOUT2, podemos determinar a qué frecuencia debería oscilar el sistema al cerrar el bucle. Por tanto: Simulación AC: determinar la frecuencia a la cual el desfase es 0. Anotar si la ganancia es mayor o menor que la unidad. Simulación Transitoria: introduciendo por la entrada una onda con la frecuencia calculada anteriormente, y amplitud 0.01v, comprobar que Vout2 está en fase con Vin Bucle cerrado. Oscilación. Ahora eliminamos la fuente de entrada senoidal y cerramos el circuito. Al simularlo en modo transitorio, debe producirse la oscilación. Para provocar que arranque la oscilación, hay que forzar al simulador a no aumentar arbitrariamente el paso de integración, fijándolo en 1us, por ejemplo. Realizar la simulación transitoria y comprobar que la oscilación arranca. representar, en otra gráfica, la transformada de Fourier de la onda respecto a la frecuencia: o X expression : f o Y expression : fft(v(vout)) Sobre esta gráfica, medir la frecuencia fundamental de la onda senoidal encontrada. Comparar con el valor teórico calculado Comprobación Experimental. Para la segunda parte de la práctica, se usará la placa 2, que implementa el circuito simulado anteriormente. En la imagen se muestra el fotolito de la misma, indicando los valores de las diferentes resistencias y condensadores: 3

4 4.2.1 Circuito en bucle abierto. Alimentar el circuito a 12 V (vcc), e introducir por la entrada (Vin) una señal alterna de 10mV. El jumper debe estar entre la posición intermedia y la inferior, para permitir el paso de dicha señal. Medir con el osciloscopio, simultáneamente, las ondas de entrada y vfb. Variando la frecuencia, comprobar para qué frecuencia el desfase entre ambas ondas es nulo. Anotar dicha frecuencia Circuito en bucle cerrado Cambiamos el jumper de posición, y desconectamos la entrada senoidal. En este estado, volvemos a alimentar la placa y medimos la salida (Vout). Comprobar la frecuencia a la que oscila el circuito. Si se dispone de osciloscopio digital, se puede observar el fenómeno de arranque de la oscilación, configurando el mismo para un único barrido, y con disparo por nivel aproximadamente al 50% de la amplitud de la onda senoidal resultante. 4

5 5. Memoria de resultados Entregar al realizar la práctica NOMBRE: 1. En la simulación con MicroCAP en circuito abierto, a qué frecuencia el desfase es 0? 2. A qué frecuencia oscila el circuito en la simulación transitoria en bucle cerrado? 3. En el circuito real, a qué frecuencia se observa que las dos ondas están en fase? 4. En el circuito real, a qué frecuencia oscila la señal de salida? 5. Cuál es su amplitud? Por qué? 5