Dep R.F y Micro Ondas OSCILADOR U.H.F CON TRANSISTOR MOSFET Javier Arribas Lázaro st06596@salleurl.edu
1.Objetivos El objetivo del trabajo es el desarrollo y el montaje de un oscilador basado en un único transistor capaz de desarrollar una frecuencia de oscilación dentro de la gama de U.H.F, en este caso, fijada a 900 Mhz. Debido a la frecuencia tan elevada de oscilación, es necesario un estudio previo del tipo de oscilador, comparando los modelos teóricos existentes, con objetivo de buscar un diseño que sea estable en frecuencia y capaz de cancelar los efectos parásitos de las uniones del transistor. Otra decisión importante en el montaje, es la elección adecuada de los componentes, siendo el transistor el elemento principal, pero sin olvidar la etapa de sintonía, la cual debe ser totalmente SMD y minimizando las inductancias y capacidades de las pistas.
2. Elección y características del modelo teórico del oscilador Todo oscilador convencional consta de una red de realimentación POSITIVA, en la que parte de la salida se realimenta hacia la entrada, consiguiendo un aumento de la señal en cada ciclo, partiendo que la única señal presente en el inicio es el ruido térmico de los componentes, este va amplificándose, y se va definiendo hasta llegar a una frecuencia marcada por el circuito, la llamada frecuencia de resonancia; frecuencia a la que la señal sufre una menor atenuación en la red de realimentación. Básicamente, para el margen de frecuencias de radio, se utilizan los siguientes tipos, todos basados en un elemento amplificador inversor: - Colpitts: La red de realimentación esta formada por un divisor capacitivo, que junto con una bobina obtiene el circuito resonante, la f viene dada por el conjunto serie de bobina y el paralelo de los condensadores. - Clapp: Es una modificación del colpitts; se añade un condensador en serie con la bobina, de un valor menor que los que forman el divisor capacitivo, obteniendo así una independencia de la f de resonancia con respecto del valor del divisor. La freq viene dada por el conjunto serie de bobina condensador. - Pierce: Es básicamente un Colpitts en el que se ha substituido la bobina por un cristal de cuarzo. Gran estabilidad y selectividad en frecuencia. Nota: existen otros tipos de oscilador pero no son usados para alta freq.
3. Diseño El tipo de oscilador seleccionado es el Clapp, debido a la independencia de la frecuencia de oscilación con los valores del divisor capacitivo, de este modo, simplemente queda un LC. C? C L? L 1 LS = CS 1 = W LC 1 = f 2π LC La frecuencia de oscilación debe ser de 900 Mhz: Fijando C a 15 pf, obtenemos 2nH de bobina, muy poca inductancia, por lo que las pistas influyen significativamente, obligando a usar SMD. Para 400Mhz, C= B=10nH Para 400Mhz, C=2pF B=79nH Transistor: Se usará un transistor MOSFET de canal N de doble puerta, para poder aislar la polarizacion de la realimentación, facilitando el diseño. Tipo BF966; Vmax(GS)= 25 V, Fmax=2.4Ghz, Beta= Aceptable Polarización: 12v R? 220K Puerta 1 C? R? 100K Se trata de un divisor de tensión, que deja 3.75 v en la Puerta, lo cual pone al FET en activa. El condensador a masa desacopla la señal de R.F
Alimentación: Debido a la alta frecuencia de oscilación, es necesario estabilizar la tensión de alimentación, evitando así dos cosas, la primera es que se inmuniza al circuito de interferencias externas procedentes de la fuente de continua, y la segunda es que la señal de U.H.F no pasa a la red de VCC, evitando que el oscilador provoque interferencias sobre otros circuitos. Para ello, se ha montado condensadores de y buena respuesta en frecuencia derivando a masa la RF, y un choque inductivo en serie. RF CHOKE 12 VCC C5 10mH C6 + C7 100uF Circuito de realimentación: Parte de la señal de salida se realimenta a la entrada por medio de un divisor capacitivo asimétrico, que tiene dos funciones; 1ª- Desfasa la señal de salida 180º, para que al ser inyectada en la puerta, y ser invertida por el FET, se obtenga una realimentación POSITIVA. 2ª- Divide la señal para que solo una parte sea realimentada, proporcionando un sistema limitador. Esta señal se obtiene del surtidor del FET, concretamente de una inductancia serie sobre la que cae una tensión de RF proporcional a su valor, por lo tanto, dependiendo de la frecuencia de oscilación, la realimentación será mayor o menor, dato a tener en cuenta para posteriores modificaciones. C sintonia MOSFET BF966 C DIV 1 B Sintonia 2nH choke 10uH C DIV 2 30pF R Surtidor 100 C2
Conclusiones y medidas reales: Debido a la dificultad de eliminar los efectos parasitos de las pistas, la frecuencia de oscilación en el prototipo queda limitada a 400 Mhz. Una opción valida para obtener 900 Mhz seria hacer oscilar el circuito a 300 Mhz y obtener el 3º harmónico mediante un filtro de salida, que cae exactamente a 900 Mhz. La placa usa componentes SMD en su totalidad, exceptuando las inductancias, que debido a la dificultad de conseguirlas, están hechas con componentes convencionales.
Esquema completo: RF CHOKE 12 VCC C5 10mH C6 + C7 100uF C3 R2 100K R1 220K R Drenador 150 C1 Salida UHF C sintonia MOSFET BF966 RLOAD 10k C DIV 1 B Sintonia 2nH choke 10uH C DIV 2 30pF R Surtidor 100 C2 Placa con el montaje: