sábado, 17 de diciembre de 2011

INTRODUCCION A LOS OSCILADORES !!


Un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energía de corriente continua en corriente alterna a una determinada frecuencia. Tienen numerosas aplicaciones: generadores de frecuencias de radio y de televisión, osciladores locales en los receptores, generadores de barrido en los tubos de rayos catódicos, etc.

A) onda sinusoidal. B) onda cuadrada. C) onda tipo diente de sierra

La mayoría de los equipos electrónicos utiliza para su funcionamiento señales eléctricas de uno de estos tres tipos: ondas sinusoidales, ondas cuadradas y ondas tipo diente de sierra. Los osciladores son circuitos electrónicos generalmente alimentados con corriente continua capaces de producir ondas sinusoidales con una determinada frecuencia. Existe una gran variedad de tipos de osciladores que, por lo general, se conocen por el nombre de su creador. Igualmente, los multivibradores son circuitos electrónicos que producen ondas cuadradas.

Este tipo de dispositivos, es utilizado ampliamente en conmutación. Los generadores de frecuencia son, junto con los amplificadores y las fuentes de alimentación, la base de cualquier circuito electrónico analógico. Son utilizados para numerosas aplicaciones entre las que podemos destacar las siguientes: como generadores de frecuencias de radio y de televisión en los emisores de estas señales, osciladores maestros en los circuitos de sincronización, en relojes automáticos, como osciladores locales en los receptores, como generadores de barrido en los tubos de rayos catódicos y de televisores, etc.

OSCILADORES


Los osciladores son generadores que suministran ondas sinusoidales y existen multitud de ellos. Generalmente, un circuito oscilador está compuesto por: un "circuito oscilante", "un amplificador" y una "red de realimentación"

El circuito oscilante suele estar compuesto por una bobina (o inductancia) y por un condensador. El funcionamiento de los circuitos osciladores (osciladores de ahora en adelante) suele ser muy similar en todos ellos; el circuito oscilante produce una oscilación, el amplificador la aumenta y la red de realimentación toma una parte de la energía del circuito oscilante y la introduce de nuevo en la entrada produciendo una realimentación positiva.


Esquema general de un oscilador

Hay que tener cuidado y no confundir "circuito oscilante" con "oscilador". El circuito oscilante es el encargado de producir las oscilaciones deseadas; sin embargo, no es capaz de mantenerlas por sí solo. El oscilador es el conjunto que forman el circuito oscilante, el amplificador y la red de realimentación juntos.



TIPOS DE OSCILADORES

1. El oscilador Meissner (Leer mas...)

2. El oscilador Hartley (Leer mas...)

3. El oscilador Colpitts (Leer mas...)

4. El oscilador en puente de Wien (Leer mas...)

5. Oscilador de cristal (Leer mas...)



EL FUNCIONAMIENTO DE LOS OSCILADORES

Dependiendo de los valores de los componentes que forman parte del filtro LC, pueden generar señales de corriente alterna en el rango deseado, que van desde algunos hertzios a cientos de MHz, con formas de onda diferentes, el seno es el más común. En cuanto a la variación de frecuencia, los osciladores se clasifican en dos tipos: de frecuencia variable y frecuencia fija. Los osciladores de frecuencia variable son generalmente el tipo de LC, donde L o C es variable, con eso, pueden variar su frecuencia de operación en el nivel adecuado. En el caso de los receptores de radio, tanto en la AM y FM, el tipo heterodino, el oscilador local para generar la misma a lo largo de un rango continuo de frecuencias, a fin de cubrir toda la gama de emisión recepción. Como para el receptor de AM, el oscilador local para generar un rango de frecuencia (560-1620) + o - (455 kHz). En el receptor de FM, la frecuencia generada por el oscilador local debe ser (88-108) + o - (10,7) MHz

A su vez, los osciladores de frecuencia fija son ampliamente utilizados en transmisores y receptores que funcionan siempre a la misma frecuencia utilizada en comunicación punto a punto, por ejemplo, utilizados por los bomberos, policía, ambulancia, teléfonos públicos y otros medios. Los mismos osciladores también se encuentran en los transmisores, los transmisores de AM, FM y TV, en el que cada uno opera en una frecuencia bien definida, la frecuencia concedida por la Anatel. En todos estos ejemplos se utilizan oscilador de frecuencia fija, controlado por cristal. En cuanto a la transmisión de TV, son utilizados dos transmisores separados que operan en diferentes frecuencias, la frecuencia de 4,5 MHz espaciados entre ellos, los dos involucrados en la misma antena de transmisión, una para transmitir el vídeo (imagen) y otros para transmitir el sonido. Desde el lado receptor se utiliza un solo receptor, intercalados con los transportistas en el mismo receptor recibe y reproduce tanto la imagen con el sonido.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL OSCILADOR

Para el oscilador para iniciar y mantener su ciclo de trabajo, debe haber realimentación desde la salida a la entrada, es decir, una muestra de la señal de salida se aplica de nuevo a la entrada, como se muestra en la Figura 1.

La señal de realimentación debe tener la misma fase de la señal de entrada, generalmente con una fase positiva. Por lo tanto, llegamos a la conclusión de que los osciladores, en general, son los amplificadores con realimentación positiva. Los osciladores se dividen en tres partes, básicamente, que son: amplificador, filtro y atenuador, cada uno de ellos realiza una función en el funcionamiento del oscilador, formando un circuito cerrado, ver la misma figura.

Amplificador
Se compone de un elemento activo con la función de amplificar la señal inyectada en la entrada. Normalmente, esta función se utiliza una operación del transistor en la configuración de emisor común, y ampliar, al girar la fase de la señal amplificada de 180 °.

Si la señal de entrada, por ejemplo, tiene una fase positiva, aparecerá en la salida con la fase negativa, o viceversa. En el ejemplo de la Figura 1, el amplificador tiene una ganancia de 100 veces (100 x), es decir, la señal de entrada aparece en la salida multiplicado por 100. Si se aplica a la señal de entrada tiene una amplitud de 1 mV, que aparece en la salida con un nivel de 100 mV.

Filtro
Su función es determinar la frecuencia de funcionamiento del oscilador, entonces sólo habrá información en la misma frecuencia de resonancia. Además de determinar la frecuencia, también se ejecuta la fase de la señal de retroalimentación de 180 grados con el fin de solucionar el vacío causado por el amplificador. Por lo tanto, la señal se alimenta de nuevo en la misma etapa, por lo que el oscilador mantiene su ciclo continuo de oscilación.

Atenuador

Su función es gestionar el contenido de la señal de realimentación se aplica a la entrada del amplificador, que viene a través del bucle de retroalimentación. El atenuador debe tener un factor de atenuación igual y opuesta a la ganancia del amplificador. El atenuador debe reducir o dividir la señal en 100. Por lo tanto, la señal aplicada a la entrada del amplificador en nuestro ejemplo, será siempre la misma amplitud, es decir, 1 mV. Si la tasa de regeneración es muy baja, por debajo de 1 mV, el oscilador no puede iniciar operaciones, es decir no se puede iniciar su ciclo de funcionamiento y, a veces oscilan de forma intermitente. De lo contrario, si la tasa de respuesta es alto, por encima de 1 mV, la señal de salida se deforme, muy distorsionada, con forma de onda no sinusoidales. Sea cual sea el tipo de oscilador estudiado, su principio de funcionamiento es siempre el mismo.


ESTUDIO DE LOS OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE

En la Figura 2 tenemos un diagrama de un oscilador de frecuencia variable, formada por un conjunto de LC es la frecuencia de resonancia del conjunto LC, la bobina y un condensador, lo que determinará la frecuencia de funcionamiento del oscilador.

El condensador es el tipo de variable, donde su valor puede variar dentro de un rango determinado por su valor nominal. Y es a través de esta variación que podemos variar la frecuencia mínima y máxima del oscilador. Como podemos ver, la bobina tiene un bypass, también conocida como el centro-tap (TC), que se divide en dos rollos, uno de ellos representado por otro de L1A y L1B. Los extremos de la bobina es de 180 ° respecto a la TC, con el retraso extremo inferior de -180 ° C y + 180 ° más alta. La señal del condensador de acoplamiento CA1 aplica el filtro a la base de Q1, donde se amplifica.


La señal de realimentación desde la salida a la entrada será a través de CA2, y la señal aplicada al extremo inferior de la bobina. Como se puede observar, la parte inferior de la bobina, L1B, que se aplica a los comentarios de unas cuantas vueltas ha, mientras que la parte superior, L1A, tiene un número mucho mayor: se trata de la relación de vueltas lo que hace que la bobina para funcionar como un divisor de tensión, o un atenuador. Por lo tanto, la bobina es la función completa de la malla, es decir, se trabaja con: atenuador, el filtro y la palanca de cambios de fase.

ESTUDIO DE LOS OSCILADORES DE FRECUENCIAS FIJAS

Los osciladores de frecuencias fijas están controlados por un cristal de cuarzo que determina su frecuencia de operación y un circuito LC de tipo resonante paralelo, conectado al colector del transistor, con la función de un filtro de banda de alta selectividad, como se ha visto en la Figura 3.

El filtro está sintonizado a la frecuencia de operación del cristal, o uno de sus armónicos, que ofrecen máxima impedancia a la frecuencia de resonancia, mientras que la selección y el rechazo de las otras frecuencias espurias generadas por el cristal. En serie con el cristal es un condensador variable - CV - de poco valor. Su función es hacer un pequeño cambio en el cristal de frecuencia de operación, con el fin de hacer que funcione en paralelo frecuencia (FP) o rango de frecuencia (FS), o un punto intermedio entre los dos. Por lo tanto, el cristal y el CV están conectados en serie con el circuito de realimentación y sólo se llevará a comentarios sobre la frecuencia de operación del cristal, y esto es lo que la frecuencia del oscilador funcionará. En cuanto al filtro, puede ser sustituida por una resistencia, excepto que en este caso las frecuencias espurias no será eliminado.

OSCILADOR HARTLEY

La principal característica de estos circuitos osciladores es que no utilizan una bobina auxiliar para la realimentación, sino que aprovechan parte de la bobina del circuito tanque, dividiéndose ésta en dos mitades, L1 y L2. Colocamos dos resistencias para polarizar adecuadamente el transistor. Hay dos formas de alimentar al transistor: en serie y en paralelo. La alimentación serie se produce a través de la bobina, L2, circulando por ella una corriente continua.


La alimentación en paralelo se efectúa a través de la resistencia del colector, quedando en este caso perfectamente aislados el componente de continua y el componente de alterna de señal. La reacción del circuito se obtiene a través de la fuerza electromotriz que se induce en la bobina, L1, y que se aplica a la base del transistor a través de un condensador. En estos circuitos la frecuencia de oscilación depende de la capacidad C y de las dos partes de la bobina, L1 y L2, del circuito oscilante. Según donde se coloque la toma intermedia de la bobina se va a producir una amplitud de tensión u otra; pudiendo llegar a conectarse o desconectarse el circuito.

OSCILADOR EN PUENTE DE WIEN


Hasta ahora hemos visto los osciladores tipo LC, vamos a ver ahora un oscilador tipo RC, el denominado oscilador en puente de Wien. Cuando trabajemos en bajas frecuencias no vamos a poder usar los osciladores tipo LC, debido a que el tamaño de la bobina y de la resistencia tendrían que ser demasiado grandes y caros. Para sustituirlos vamos a usar una red desfasadora formada por RC, es decir, resistencias y condensadores, como es el caso del ya mencionado oscilador en puente de Wien. Está constituido por una etapa oscilante, dos etapas amplificadoras, formadas por dos transistores.



El circuito está conectado en emisor común y al tener dos etapas en cascada la señal es desfasada 360º y después vuelve a ser realimentada al circuito puente. La señal de salida del segundo transistor se aplica al circuito puente constituido por dos resistencias y también es aplicada a la entrada del puente de Wien, que es el circuito oscilante formado por una resistencia y un condensador. La frecuencia de oscilación viene determinada por los valores de la resistencia y del condensador que forman el puente de Wien. Este tipo de circuitos presenta una gran estabilidad a la frecuencia de resonancia. A parte de ésta tiene como ventajas su fácil construcción, un gran margen de frecuencias en las que trabaja perfectamente y la posibilidad de obtención de una onda sinusoidal pura cuando tienen la suficiente ganancia como para mantener las oscilaciones. Dentro de sus inconvenientes podemos mencionar que se pueden producir pérdidas en las resistencias y una salida variable con la frecuencia de resonancia.


OSCILADOR DE CRISTAL


Con lo visto sobre el efecto piezoeléctrico parece lógico poder aplicar las propiedades de este material, el cuarzo, para producir oscilaciones. En efecto, si a un cristal de cuarzo le aplicamos sobre sus caras opuestas una diferencia de potencial, y el dispositivo está montado adecuadamente, comenzarían a producirse fuerzas en las cargas del interior del cristal. Estas fuerzas entre sus cargas provocarían deformaciones en el cristal y darían lugar a un sistema electromecánico que comenzaría a oscilar. Sin embargo, vuelve a ocurrir lo mismo que en los circuitos formados por un condensador y por una inductancia. Esto es, las oscilaciones del cristal no duran indefinidamente, ya que se producen rozamientos en la estructura interna que hacen que se vayan amortiguando hasta llegar a desaparecer. Por tanto, necesita de un circuito externo que mantenga las oscilaciones, compensando las pérdidas producidas por el rozamiento.