comunicación analógica capÍtulo ii generadores de …
TRANSCRIPT
1
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
Dominar los elementos esenciales de un sistema de comunicaciones, así como los efectos indeseables y las limitaciones de estos.
Altamirano Mayra Culcay Jehu
Guerrero Mishael Manotoa Kevin Ramos Edwin
Comunicación Analógica
CAPÍTULO II
GENERADORES DE SEÑAL
Ing. Juan Pablo Pallo Noroña, Mg.
TABLA DE CONTENIDOS 2.1 Introducción
2.1.1 Sincronizadores de frecuencia
2.1.2 Osciladores de frecuencia
2.1.3 Sintetizador de frecuencia
2.2 Osciladores
✓ Aplicaciones
✓ Osciladores de frecuencia
✓ Tipos
2.2.1 Osciladores Retroalimentación
2.2.2 Osciladores No sintonizados (Puente de Wein)
2.2.3 Osciladores Sitonizados
2.2.4 Oscilador Hartley
2.2.5 Oscilador de Colpitts
2
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
Introducción Los sistemas de comunicaciones
electrónicas tiene muchas aplicaciones que
requieren formas de onda estables y
repetitivas, tanto senoidales como no
senoidales.
En muchas de estas aplicaciones necesitan
más de una frecuencia y a menudo esas
frecuencias se deben sintonizar entre sí. Por
lo tanto se necesitan de:
✓ Sincronizadores de frecuencia
✓ Osciladores de frecuencia
✓ Sintetizador de frecuencia
2.1.1 Sincronizadores de frecuencia
En la electrónica se utiliza una señal de reloj para sincronizar eventos como puede ser la transferencia de datos. En términos informáticos se habla de sincronización cuando varios procesos se ejecutan a la vez con el propósito de completar una tarea y evitar así condiciones de carrera, que pudieran desembocar en un estado inesperado. También se habla de sincronización de datos cuando dos dispositivos se actualizan de forma que contengan los mismos datos. Un ejemplo de sincronización de archivos puede ser entre una PDA y la agenda electrónica del ordenador. En multimedia se habla de sincronización cuando el audio y el vídeo están ajustados, de forma que no haya ningún desfase. (Cordova, 2016)
2.1.2 Osciladores de frecuencia
En electrónica un oscilador es un
dispositivo capaz de convertir la energía
de corriente continua en corriente alterna de
una determinada frecuencia. Dicho de otra
forma, es un circuito que es capaz de
convertir la corriente continua en una
corriente que varía de forma periódica en el
tiempo (corriente periódica); estas
oscilaciones pueden ser sinusoidales,
cuadradas, triangulares, etc., dependiendo
de la forma que tenga la onda producida.
Un oscilador de onda cuadrada suele
denominarse multivibrador y por lo tanto, se
les llama osciladores solo a los que
funcionan en base al principio de oscilación
natural, constituidos por una bobina L
(inductancia) y un condensador C
(Capacitancia), mientras que a los demás se
le asignan nombres especiales.
Un oscilador electrónico es fundamentalmente un amplificador, cuya señal de entrada se toma de su propia salida a través de un circuito de realimentación. (Peña, 2019)
Se puede considerar que está compuesto por:
• Un circuito cuyo desfase depende de la frecuencia. Por ejemplo:
• Oscilante eléctrico (LC) o electromecánico (cuarzo).
• Retardador de fase RC o puente de Wien.
• Un elemento amplificador.
• Un circuito de realimentación.
2.1 INTRODUCCIÓN
3
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
2.1.3 Sintetizador de frecuencia Un sintetizador de frecuencia es un
instrumento que a partir de una frecuencia de
referencia permite obtener un conjunto
discreto de frecuencias, tratando de
mantener en todos los casos las
características de estabilidad de la frecuencia
de referencia. (Hernandez, 2016)
La frecuencia de referencia puede ser
suministrada por un oscilador a base
de cristal de cuarzo bien interno o externo de
superiores características, como uno a base
de cristal calentado electricamente de alta
estabilidad, un oscilador controlado por GPS
o un oscilador atómico.
Osciladores Son circuitos electrónicos que oscilan en alto y en bajo en función del tiempo a altas y a bajas frecuencias.
Un oscilador electrónico es un circuito electrónico que produce una señal electrónica oscilante y periódica, a menudo una onda senoidal o una onda cuadrada.
Un oscilador de baja frecuencia (o LFO) es un oscilador electrónico que engendra una forma de onda de Corriente alterna entre 0,1 Hz y 10 Hz. Este término se utiliza típicamente en el campo de sintetizadores de audiofrecuencia, para distinguirlo de un oscilador de audiofrecuencia.
Figura 1 Oscilador de relajación con un amplificador operacional
2.2 OSCILADORES
APLICACIONES Señal portadora de alta frecuencia
Una onda portadora es una onda, generalmente senoidal, modificada en alguno de sus parámetros (amplitud, frecuencia o fase) por una señal de entrada denominada moduladora con el fin de transmitir una información. Esta onda portadora es de una frecuencia mucho más alta que la de la señal moduladora. Al modular una señal, se desplaza su contenido espectral en frecuencia, ocupando un cierto ancho de banda alrededor de la frecuencia de la onda portadora. Esto permite multiplexar en frecuencia varias señales simplemente utilizando diferentes ondas portadoras y conseguir así un uso más eficiente del espectro de frecuencias.
Alimentadores de la señal piloto Estos pilotos se distribuyen en la señal de diferentes maneras dependiendo del tipo que sean; los pilotos continuos se envían de manera homogénea a toda la señal, y los pilotos dispersos se envían en determinadas posiciones, siguiendo lo que denominamos patrón de portadoras piloto, o patrón de pilotos. (Bermeo, 2013)
4
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
TIPOS ✓ Osciladores de impedancia (realimentación) ✓ Osciladores de disparo de un solo tiro
2.2.1 Osciladores de Retroalimentación Es un amplificador con un circuito de retroalimentación, los osciladores de operación independiente son con alta ganancia en el orden de los G= 70 dB.
En aplicaciones electrónicas, un oscilador es un dispositivo electrónico que proporciona una señal de salida como consecuencia de la alimentación de una fuente de CC. La señal obtenida debe ser repetitiva, pudiendo tener forma senoidal, pulso, cuadrada o triangular entre otras.
Funciona sobre la base de realimentación o retroalimentación positiva; por lo tanto, parte de la señal de salida se debe reinyectar a la entrada en fase. (Safes, 2020)
Figura 2 Esquema de amplificador con realimentación positiva (oscilador)
Configuraciones
✓ Redes desplazadores de fase RC
✓ Circuitos tanques LC
Un circuito tanque es un circuito electrónico utilizado en muchas aplicaciones,
incluyendo osciladores, aparatos de radio y televisión. En su forma más básica, el
circuito se compone de sólo dos componentes electrónicos, a saber, un
condensador y un inductor (una bobina). En la aplicación real, a diferencia de un
diseño teórico, otros componentes entran en juego que afectan al funcionamiento
del circuito. Estos incluyen una carga resistiva y una fuente de corriente alterna.
Figura 3 Esquema de un circuito LC formado por una bobina L en paralelo con un condensador eléctrico C.
5
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
Análisis
Figura 4 Diagrama del circuito LC
En un circuito resonante, la impedancia total vendrá dada por:
𝒁 = √𝑹𝟐 + (𝑿𝑳 − 𝑿𝑪)𝟐 y siendo,
𝑿𝑳 = 𝑿𝑪 Entonces,
𝒁 = √𝑹𝟐 y así 𝒁 = 𝑹
Donde Z es la impedancia, que se podría definir como la resistencia en circuitos de corriente alterna. En el estado de resonancia eléctrica, al ser la impedancia mínima, la intensidad eficaz de la corriente será máxima. Simultáneamente, la diferencia de potencial o tensión eléctrica correspondiente a XL = XC , tiene valores máximos iguales. (Santa Cruz, 2010)
✓ Cristal de cuarzo o chips de circuitos integrados
El principio de funcionamiento de un oscilador de cristal de cuarzo se fundamenta en el hecho de que, al aplicar a dicho cristal una tensión alterna, se producirá una vibración en él, que será proporcional a la tensión aplicada. La propiedad por la cual en un componente de este tipo se produce una vibración mecánica al aplicarle una tensión eléctrica y, por el contrario, al someterlo a una deformación o vibración mecánica generará una tensión eléctrica, se conoce como explicamos anteriormente como efecto piezoeléctrico, y son algunos materiales tales como el cuarzo y algunos materiales cerámicos los que presentan esta propiedad. El cristal de cuarzo utilizado en un oscilador de cristal de cuarzo es una pieza muy pequeña, delgada o una oblea de cuarzo cortado con las dos superficies paralelas metalizadas para hacer las conexiones eléctricas requeridas. El tamaño físico y el grosor de una pieza de cristal de cuarzo está estrechamente controlado, ya que afecta la frecuencia final o fundamental de las oscilaciones. La frecuencia fundamental generalmente se llama los cristales "frecuencia característica".
6
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
A continuación, podemos observar el circuito eléctrico equivalente de un cristal de cuarzo:
Figura 5 Modelo equivalente de cristal de cuarzo
El circuito eléctrico equivalente para el cristal de cuarzo es un circuito RLC en serie, que representa las vibraciones mecánicas del cristal, en paralelo con una capacitancia, Cp, que representa las conexiones eléctricas al cristal. Los osciladores de cristal de cuarzo tienden a operar hacia su "resonancia en serie". Una vez cortado y conformado, el cristal no se puede usar en ninguna otra frecuencia. En otras palabras, su tamaño y forma determinan su frecuencia de oscilación fundamental.
Figura 6 Un cristal de cuarzo cuya frecuencia de resonancia sea de 5MHz, la frecuencia de salida del circuito oscilador donde se
encuentre dicho cristal podrá ser un múltiplo superior a 5MHz, a esto se le suele denominar sobretono.
7
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos milímetros cuadrados de superficie (área), sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado plástico o de cerámica.
El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre el circuito integrado y un circuito impreso.
Los CI se hicieron posibles gracias a descubrimientos experimentales que mostraban que artefactos semiconductores podían realizar las funciones de los tubos de vacío, así como a los avances científicos de la fabricación de semiconductores a mediados del siglo XX. La integración de grandes cantidades de pequeños transistores dentro de un pequeño espacio fue un gran avance en la elaboración manual de circuitos utilizando componentes electrónicos discretos. La capacidad de producción masiva de los circuitos integrados, así como la fiabilidad y acercamiento a la construcción de un diagrama a bloques en circuitos, aseguraba la rápida adopción de los circuitos integrados estandarizados en lugar de diseños utilizando transistores discretos. (Lopez, 2016)
Parámetros técnicos
✓ Frecuencia de operación Cuando nos referimos a la frecuencia de operación, generalmente nos referimos en términos de hertz (usualmente Kilohertz o Megahertz). Un hertz es la medida estándar de un ciclo de onda (ondas de radio en este caso). Si visualiza una onda en el mar la cual tiene una cresta y un valle, un hertz mide el punto medio donde empieza la onda, alcanza la cresta, baja hasta el valle y regresa al punto medio. Una vez la onda alcanza la cresta, el valle y el punto medio, se dice que ha completado un ciclo. La frecuencia es el número de ciclos que una onda completa en un segundo. Una onda que completa un ciclo en un segundo tendría un hertz. Así, una etiqueta con una frecuencia de operación de 13.56 MHz (Megahertz) difunde una onda que da ciclos de 13.560.000 veces por segundo. La alta frecuencia es solo uno de los tres niveles de frecuencia junto con las frecuencias baja y ultra-alta. Ahora que sabemos lo que significa la frecuencia, veamos algunas definiciones de cada tipo y cómo son aplicadas usualmente. (Miller, 2017)
8
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
Tabla 1 Frecuencias, rango de frecuencias, Pros, Contras, Aplicaciones.
✓ Estabilidad de la frecuencia requerida. ✓ Operación de la frecuencia: fija o variable. ✓ Requisitos de distorsión
✓ Potencia de salida
Hace referencia a la potencia eléctrica, no confundir con la potencia acústica. Como en el altavoz, es la cantidad de energía que se puede introducir en la etapa de potencia antes de que distorsione en exceso o de que pueda sufrir desperfectos. Se especifica la potencia máxima del amplificador en función de una determinada impedancia, generalmente, 8 Ω. Por ejemplo: 175 W sobre 8 Ω). (Wikipedia, 2018)
Si el amplificador es estéreo, hay que tener en cuenta si esa potencia se refiere a cada uno de los canales o a ambos. Por ello, en las especificaciones técnicas, se añade una de estas dos indicaciones:
• con los dos canales alimentados.
• por canal.
9
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
✓ Tamaño físico ✓ Aplicación: análogo o digital ✓ Costo ✓ Confiabilidad y durabilidad ✓ Exactitud deseada
Es un oscilador de corrimiento de fase RC, no sintonizado. Se utiliza para la generación de frecuencias bajas y medias (hasta 1MHz Aprox).
Figura 7 Circuito básico de oscilador puente de Wien
El oscilador del puente de Wien es un oscilador RC no sintonizador de corrimiento de fase que usa retroalimentación positiva o negativa. A la frecuencia de oscilación, en R1 y C1 se produce un desplazamiento de fase de -45º y a través de R2 y C2 un desplazamiento de +45º. Como resultado, a través de la red el desplazamiento de fase es de 0º; además de producir una atenuación de la señal. Esta atenuación en la función de transferencia es igual a 1/3 en 𝒇𝑶. (Santa Cruz, 2010) Se debe compensar la atenuación actuando sobre la ganancia del amplificador:
𝑨𝒗 = 𝟏 +𝑹𝟑
𝑹𝟒= 𝟑
La frecuencia de oscilación se determina por:
𝒇𝑶 =𝟏
𝟐𝝅√𝑹𝟏𝑹𝟐𝑪𝟐
Si,
𝑪𝟏 = 𝑪𝟐 = 𝑪 𝒚 𝑹𝟏 = 𝑹𝟐 = 𝑹𝟏 la fórmula de frecuencia de oscilación se transforma en;
𝒇𝑶 =𝟏
𝟐𝝅𝑹𝑪
2.2.2 OSCILADORES NO SINTONIZADOS (PUENTE DE WEIN)
10
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
Características ✓ Oscilador desplazador de
fase
✓ Utiliza retroalimentación
✓ Relatividad estable
✓ Baja frecuencia
✓ 5 Khz – 1 Mhz
✓ Generadores de señal
✓ Arranque automáticamente al conectarlo. ✓ Frecuencia estable ante fenómenos tales como;
vibraciones, cambios de temperatura, Cambios en la tensión de alimentación, etc.
✓ Sí es de frecuencia variable, que la misma varíe de manera repetitiva y llegue Rápidamente a la nueva frecuencia
✓ Cuando se le conecta una carga, la misma no genere un cambio en la frecuencia
✓ Que el nivel de distorsión sea bajo ✓ Que tenga un valor bajo de ruido de fase. (Santa
Cruz, 2010)
Los osciladores LC son circuitos osciladores que usan tanque LC para establecer la frecuencia.
El funcionamiento de un circuito tanque implica el intercambio de energía cinética y potencial.
(Santa Cruz, 2010)
La frecuencia de funcionamiento de un circuito tanque LC no es más que la frecuencia de
resonancia de la red LC y se tiene:
𝒇𝑶 =𝟏
𝟐𝝅𝑳𝑪
Entre los osciladores LC están el Hatley y el de Colpitts.
A continuación de la figura podemos observar un circuito oscilador LC.
Figura 9 Circuito tanque LC
2.2.3 OSCILADORES SINTONIZADOS
Figura 8 Forma de onda de salida
11
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
La figura 10 muestra el diagrama esquemático de un
oscilador Hartley practicado en la parte 1 de este
capítulo. El amplificador transistorizado ( 𝑄1 )
proporciona la amplificación necesaria para una
ganancia de voltaje de lazo unitaria a frecuencia de
resonancia. El capacitor de acoplamiento (Cc)
proporciona la ruta para la retroalimentación
regenerativa. 𝐿1 y 𝐶1 , son los componentes que
determinan la frecuencia, y Vcc es la fuente de voltaje
de c.c. (Santa Cruz, 2010)
La figura 12 muestra el circuito equivalente en c.c. para el
oscilador Hartley. Cc es un capacitor de bloqueo que aísla el
voltaje de polarización de base de c.c. y evita que haga un
corto a tierra a través de 𝐿1𝑏 ∙ 𝐶2 también es un capacitor de
bloqueo para evitar que la fuente de voltaje del colector haga
corto a tierra a través de 𝐿1𝑎. El choque de radiofrecuencia
(RFC) es un corto en c.c. (Santa Cruz, 2010)
La figura 11 muestra el circuito equivalente de ca para el
oscilador Hartley. Cc es un capacitor de acoplamiento de
ca y proporciona una ruta de retroalimentación positiva del
circuito tanque a la base de 𝑄1. 𝐶2 acopla las señales de
ca del colector de 𝑄1 al circuito tanque. El RFC presenta
un circuito abierto en ca, en consecuencia, aislando la
fuente de poder de c.c. de las oscilaciones en ca.
𝒇𝑶 =𝟏
𝟐𝝅√(𝑳𝑪)
en donde, 𝑳 = 𝐿1𝑎 + 𝐿1𝑏 y 𝐶 = 𝐶1
2.2.4 OSCILADOR HARTLEY
Figura 10
Figura 11
Figura 12
12
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
2.2.4.1 El oscilador Hartley opera de la siguiente forma: En el arranque inicial, aparece una multitud de frecuencias en el colector de 𝑄1 y se acoplan a través de 𝐶2 dentro del circuito tanque. El ruido inicial proporciona la energía necesaria para cargar 𝐶1. Una vez que se ha cargado parcialmente 𝐶1 empieza la acción del oscilador. El circuito tanque solamente oscilará de manera eficiente en su frecuencia de resonancia. Una porción del voltaje del circuito tanque oscilante se deja caer a través de 𝐿1𝑏 y se retroalimenta nuevamente a la base de 𝑄1 donde se amplifica. La señal amplificada aparece en el colector 180° fuera de fase con la señal de base. Se realiza un desplazamiento adicional de fase de 180° a través 𝐿1; en consecuencia, la señal que se retroalimenta nuevamente a la base de 𝑄1 se amplifica y se desplaza en fase a 360°. Por lo tanto, el circuito es regenerativo y mantendrá las oscilaciones sin señal de entrada externa. (Santa Cruz, 2010) La proporción de energía oscilatoria que se retroalimenta a la base de 𝑄1 se determina por la
razón de 𝐿1𝑏 a la inducción total ( 𝐿1𝑎 + 𝐿1𝑏 ) Si se retroalimenta insuficiente energía, las oscilaciones se amortiguan. Si se retroalimenta energía en exceso, el transistor se satura. Por lo tanto, la posición de 𝐿1 se ajusta hasta que la cantidad de energía de retroalimentación sea exactamente la requerida para una ganancia de voltaje de lazo unitario y continuarán las oscilaciones. (Santa Cruz, 2010) La figura 13 muestra el diagrama esquemático de un
oscilador Colpitts. La operación de un oscilador Colpitts
es muy similar a la de Hartley excepto que un divisor
capacitivo se utiliza en lugar de una bobina especial. 𝑄1
proporciona la amplificación, Cc proporciona la ruta para
la retroalimentación regenerativa, 𝐿1 , 𝐶1𝑎 y 𝐶1𝑏 son los
componentes para determinar la frecuencia, y Vcc es la
fuente de voltaje de c.c. La figura 14 muestra el circuito
equivalente para el oscilador Colpitts. 𝐶2 es el capacitor
de bloqueo que evita que aparezca la fuente de voltaje
de colector en la salida. (Santa Cruz, 2010)
El RFC es nuevamente un corto en c.c. La figura 15 muestra
el circuito equivalente de ca para el oscilador Colpitts. Cc es
un capacitor de acoplamiento en ca y proporciona la ruta de
retroalimentación regenerativa del circuito tanque a la base
de 𝑄1. El RFC está abierto en ca y desacopla las oscilaciones
a partir de la fuente de voltaje en c.c. (Santa Cruz, 2010)
2.2.5 OSCILADOR COLPITTS
Figura 13 Diagrama esquemático
Figura 14 circuito equivalente en c.c.
13
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
La operación del oscilador Colpitts es casi idéntica a la del
oscilador Hartley. En el arranque inicial, aparece ruido en el
colector de 𝑄1 y suministra energía al circuito tanque, haciendo
que empiece a oscilar. 𝐶1𝑎 y 𝐶1𝑏 constituyen un divisor de
voltaje en ca. El voltaje que se deja caer a través de 𝐶1𝑏 se
retroalimenta a la base de 𝑄1 hasta Cc. Hay un cambio de fase
de 180° de la base al colector de Q1 y un cambio de fase
adicional de 180° a través de 𝐶1. En consecuencia, el cambio
total de fase es de 360° y la señal de retroalimentación es
regenerativa. La relación de 𝐶1𝑎 a 𝐶1𝑎 + 𝐶1𝑏 determina la
amplitud de la señal de retroalimentación. (Santa Cruz, 2010)
Con la siguiente fórmula se obtiene una aproximación cercana a la frecuencia de oscilación del
oscilador Colpitts como vimos en el desarrollo teórico:
𝒇𝑶 =𝟏
𝟐𝝅√(𝑳𝑪)
en donde, 𝐿 = 𝐿1
𝑪 =𝑪𝟏𝒂𝑪𝟏𝒃
𝑪𝟏𝒂 + 𝑪𝟏𝒃
Figura 15 circuito equivalente en ca
Figura 16 Oscilador de Colpitts- Principio de funcionamiento
Elaborado por: Altamirano, Culcay, Guerrero, Manotoa, Ramos
14
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
2.2.5.1 Estabilidad de frecuencia La estabilidad de frecuencia es la habilidad de un oscilador para permanecer a una frecuencia fija y es de máxima importancia en los sistemas de comunicación. La estabilidad de frecuencia a menudo se considera de corto o largo tiempo. La estabilidad de corto plazo se ve afectada principalmente por las fluctuaciones en los voltajes de operación de c.c., mientras que la estabilidad a largo plazo es una función de la edad de los componentes y los cambios de temperatura, así como la humedad del ambiente. En los osciladores de circuito tanque LC discutidos anteriormente, la estabilidad de frecuencia es inadecuada para la mayoría de las aplicaciones utilizadas en radio comunicaciones. Los factores Q de los circuitos tanque LC son relativamente bajos, permitiendo que el circuito tanque resonante oscile sobre una amplia gama de frecuencias. (Santa Cruz, 2010) La estabilidad de frecuencia se da generalmente como un porcentaje de cambio en frecuencia (tolerancia) del valor deseado. Por ejemplo, un oscilador operando a 100 kHz con una estabilidad de ±5% operará a una frecuencia de 100 kHz + 5 kHz o entre 95 y 105 kHz. Las estaciones comerciales de radiodifusión en FM deben mantener sus frecuencias portadoras dentro de + 2 kHz de su frecuencia asignada, que es aproximadamente una tolerancia de 0.002%. En la radiodifusión comercial en AM, el cambio máximo permisible en la frecuencia portadora es sólo de + 20 Hz. (Santa Cruz, 2010) Varios factores afectan la estabilidad de un oscilador. Los más obvios son aquellos que afectan directamente el valor de los componentes para determinar la frecuencia. Estos incluyen cambios en valores de la inductancia, capacitancia y resistencia debido a variaciones ambientales en temperatura, humedad y los cambios en el punto de operación en reparo de los transistores, así como los transistores con efecto de campo. También afecta a la estabilidad con voltajes de lazo en ca en las fuentes de poder de c.c. La estabilidad de frecuencia en los osciladores RC o LC pueden mejorarse enormemente regulando la fuente de poder en c.c. y minimizando las variaciones ambientales. También pueden utilizarse componentes especiales independientes de la temperatura. (Santa Cruz, 2010)
Figura 17 Oscilador de Colpitts esquema
15
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
Osciladores de Cristal
Los osciladores de cristal son circuitos osciladores de retroalimentación, en donde el circuito tanque LC se reemplaza con un cristal para el componente que determina la frecuencia. El cristal actúa de manera similar al tanque LC, excepto que tiene varias ventajas inherentes. A los cristales se les llama a veces resonadores de cristal y son capaces de producir frecuencias precisas y estables para contadores de frecuencias, sistemas electrónicos de navegación, transmisores y receptores de radio, televisores, videocasseteras (VCR), relojes para sistemas de computación, y muchas otras aplicaciones demasiado numerosas para listarse aquí. La cristalografía es el estudio de la forma, estructura, propiedades y clasificación de los cristales. La cristalografía trata con redes, uniones, y el comportamiento que tienen las partes del cristal que han sido cortadas en varios ángulos con relación al eje del cristal. Las propiedades mecánicas de las redes de cristal les permite exhibir el efecto piezoeléctrico. Las secciones de los cristales que han sido cortadas y pulidas vibran cuando se aplican los voltajes en componente de alterna a través de sus caras. Las dimensiones físicas de un cristal, particularmente su grosor, dónde y cómo se cortó, determinan sus propiedades eléctricas y mecánicas. (Santa Cruz, 2010)
Efecto piezoeléctrico
Dicho en forma sencilla, el efecto piezoeléctrico ocurre cuando las tensiones mecánicas
oscilatorias aplicadas a través de una estructura de lattice de cristal (escalera)generan
oscilaciones eléctricas, y viceversa. La tensión puede ser apretando (compresión), estirando,
torciendo (torsión), o cortando. Si la tensión se aplica periódicamente, se alternará el voltaje de
salida. En forma contraria, cuando un voltaje alterno se aplica a través de un cristal en o cerca de
la frecuencia de resonancia natural del cristal, el cristal se romperá
en oscilaciones mecánicas. Esto se llama excitar un cristal hasta producir vibraciones mecánicas.
Las vibraciones mecánicas se llaman ondas acústicas volumétricas (BAW) y son directamente
proporcionales a la amplitud del voltaje aplicado. (Santa Cruz, 2010)
Un número de sustancias de cristal naturales exhiben propiedades piezoeléctricas: el cuarzo, la
sal de Rochelle, y la turmalina, así como varias sustancias fabricadas como ADP, EDT y DKT. El
efecto piezoéléctrico es más pronunciado en la sal de Rochelle, razón por lo cual es la sustancia
que más se utiliza en micrófonos de cristal. Sin embargo, el cuarzo sintético, se utiliza más
seguido para el control de frecuencias en los osciladores debido a su permanencia, bajo
coeficiente de temperatura y alto Q mecánico. (Santa Cruz, 2010).
16
Universidad Técnica de Ambato - Carrera de Telecomunicaciones
Bibliografía
Bermeo, A. (04 de Agosto de 2013). Fundamentos y conceptos de Electronica . Obtenido de http://www.elo.jmc.utfsm.cl/sriquelme/apuntes/osciladores%20senoidales/Osciladores%20senoidales.pdf
Cordova, B. (07 de Mayo de 2016). Fundamentos de Sistemas Analogicos. Obtenido de http://www.dacya.ucm.es/horten/dci/Tema2_6.PDF
Hernandez, J. (20 de Octubre de 2016). Electronica de Comunicaciones . Obtenido de https://www.gr.ssr.upm.es/docencia/grado/elcm/actual/pdf/BN_EC0905-Sintesis.pdf
Lopez, H. (01 de Enero de 2016). Electronica Digital . Obtenido de https://www.mundodigital.net/la-historia-de-los-circuitos-integrados/
Miller, J. (2017). ABC Electronic. Obtenido de https://www.computype.com/es/blog/frecuencias-rfid-baja-alta-ultra-alta
Peña, F. (08 de Julio de 2019). Educacion Telematica . Obtenido de Sistemas Electronicos de Comunicacion : http://dfs.uib.es/GTE/education/telematica/sis_ele_comunicacio/Apuntes/Capitulo%206.pdf
Safes, J. (07 de Junio de 2020). Electronica Descriptiva . Obtenido de http://ferrustronix.com/blog/2016/07/17/osciladores-retroalimentacion-positiva/
Santa Cruz, M. O. (2010). Osciladores . Obtenido de https://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/electronicaaplicadaiii/aplicada/cap01osciladores2parte.pdf
Wikipedia. (2018). Wikipedia . Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Etapa_de_potencia