Osciladores

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA ANALÓGICA MELISSA CUADROS – MARIANA JAUREGUI - SEBASTIÁN RAMÍREZ - DIANA SERRANO 19 DE MAYO DE 2012

TERCER PARCIAL: OSCILADORES PARTE II

Los osciladores que utilizan transistores (FET o BJT), con circuitos sintonizados LC o cristales como elementos de realimentación, se emplean en el intervalo de100 kHz a 300 a 500 MHz. Adicionalmente, manejan un factor Q más alto que los osciladores tipo RC. Sin embargo, presentan ciertas limitaciones, a saber: los osciladores LC son difíciles de sintonizar en intervalos amplios, mientras los de cristal operan en una sola frecuencia. Para frecuencias superiores a los 100 kHz, muchos amplificadores operacionales muestran sus limitaciones dinámicas, porlo que resulta práctico, y casi necesario, utilizar circuitos con inductores y condensadores en la red de realimentación. Dichos circuitos, suelen caracterizarse por la alta selectividad, permitiendo fijar y mantener la frecuencia de oscilación necesaria.

El principio físico de funcionamiento de los osciladores sintonizados LC, es un simple circuito conformado por condensadores e inductancias,tal como se muestra en la figura 1; dónde, al aplicar un impulso, el circuito tenderá a oscilar, pues la energía almacenada en el condensador, se descarga sobre el inductor, generando una diferencia de potencial en sus extremos, que recargará el condensador y comienza de nuevo el ciclo.

Figura 1. Principio de osciladores LC sintonizados

Cabe notar, que la oscilación ocurre a la frecuencia deresonancia

Las dos configuraciones más utilizadas de los osciladores sintonizados LC son oscilador Colpitts (Figura 2) y oscilador Hartley (Figura 3). Los cuales utilizan un circuito LC paralelo conectado entre base y colector (si es usado un BJT), o entre drain y gate (si se hace con un MosFET), con una fracción del voltaje del circuito sintonizado que se alimenta al emisor o source,respectivamente. La resistencia R que se observa en los dos modelos, representa la sumatoria de pérdidas de los inductores, la resistencia de carga del oscilador y la resistencia de salida del transitor; las únicas responsables de la reducción de la amplitud de oscilación. En el oscilador Colpitts, la realimentación se produce mediante un divisor capacitivo, tal como se observa en la figura 2; mientras enel Hartley, se presenta por medio de un divisor inductivo, que se puede notar claramente en la figura 3.

1 L1 R

R

C1 L
2 1 C L2

0

0

C2
2

Figura 2. Configuración del oscilador Colpitts

Figura 3. Configuración del oscilador Hartley

Si la frecuencia de operación es suficientemente baja para omitir las capacitancias del transistor, la frecuencia de oscilación estaráreducida a depender de la frecuencia de

resonancia del circuito sintonizado en paralelo, que también es conocido como circuito tanque debido a su comportamiento como depósito de almacenamiento de energía.

Colpitts

Colpitts

Hartley

Hartley

Cabe aclarar que la relación

o

determina el factor de realimentación, por lo que debe

ajustarse junto con la ganancia del transistor y deesta manera garantizar que iniciaran los osciladores.

Para encontrar el circuito en señal pequeña de los osciladores, se usará el modelo pi que se muestra en la figura 4, el cuál corresponde al modelo para un BJT; sin embargo, para la solución del MosFET, se deben reemplazar los subíndices b, e y c por g, s y d, respectivamente; adicionalmente, debe tender a infinito; es decir se presenta uncorto entre el Vg y Vs.

Figura 4. Modelo de circuito equivalente a pequeña señal de un BJT

El circuito en señal pequeña de un oscilador Colpitts, se muestra en la figura 5.

1

L

2

.

+
I1 C2

C
0Adc R C1

-

Figura 5. Circuito en señal pequeña de un oscilador Colpitts

Con el fin de simplificar los cálculos de la frecuencia de resonancia, se ha omitido el condensador...