En la última clase vimos como dotar a nuestro oscilador de un cristal de cuarzo para conseguir un diseño robusto que no dependa del ajuste de un componente como un condensador variable y que produzca una oscilación a 27Mhz de manera muy exacta. Hoy vamos a ver nuevos diseños para construir osciladores y a finalizar el diseño de nuestra radio-baliza emisora.
Empezamos viendo un nuevo circuito, es el siguiente:
Analizamos el circuito para comprobar que se puede comportar como un oscilador, es decir, miramos que se cumplan las condiciones de que exista una frecuencia a la que no hay desfase y la amplificación es la unidad. Si consideramos que R2 -> ∞ entonces los resultados son:
- f = 1/(2*π)*sqrt(1/L*(C1*C2/C1+C2))
- gm*R1 > C2/C1
Una implementación del siguiente circuito puede ser la siguiente: Primero de todo cerramos el lazo y sustituimos la fuente de corriente controlada y R1 por su equivalente de Thevenin de la siguiente manera:
Ahora podemos construir el circuito de la siguiente manera:
En primer lugar como ya vimos en la clase anterior podemos usar el cristal de cuarzo en modo inductivo en vez de una bobina con un determinado valor de L fijado por el circuito. Para crea la fuente de tensión controlada podemos usar una puerta lógica NAND con una resistencia conectada entrada y la salida. Si conectamos las dos entradas de la puerta a una misma tensión tenemos un inversor. Si además, conectamos una resistencia grande entre la entrada y la salida estamos forzando que Vx ~ Vy y que entonces esta puerta trabaje en el punto medio de la curva de un inversor.
Para la inductancia usamos un cristal en modo inductivo y ajustamos los condensadores para que se pueda producir la oscilación acorde con la ganancia que tendrá nuestro inversor
Este diseño que acabamos de ver se puede encontrar en múltiples circuitos, es una estructura muy popular Nuestro diseño final también se basará en la estructura que hemos analizado primeramente para ver que podía oscilar, pero realizaremos el circuito de manera diferente al mostrado anteriormente. Partimos otra vez de la siguiente estructura:
Primero de todo empezaremos diseñando la fuente de corriente controlada usando un transistor bipolar. Esta vez usaremos una nueva estrategia de polarización: polarizaremos el transistor de manera independiente de su β. El diseño es el siguiente:
En primer lugar queremos que por las resistencia RB1 y RB2 circule una corriente "alta" de tal manera que podamos despreciar la corriente que circula por la base del transistor. Así pues, podemos calcular la tensión de base como un divisor tensión entre RB1 y RB2. Como el transistor cuando trabaja en zona activa presenta una pequeña tensión umbral, Vγ entre base-emisor la tensión de emisor será VE ~ VB - Vγ y por tanto la corriente de emisor es IE ~ VE/RE i como la corriente de colector es prácticamente la de emisro tenemos que Ic ~ VE/RE y podemos fijar el valor de RC que necesitemos para la tensión de colector que deseemos. Por tanto las condiciones de diseño quedan como:
Para la inductancia usamos un cristal en modo inductivo y ajustamos los condensadores para que se pueda producir la oscilación acorde con la ganancia que tendrá nuestro inversor
Este diseño que acabamos de ver se puede encontrar en múltiples circuitos, es una estructura muy popular Nuestro diseño final también se basará en la estructura que hemos analizado primeramente para ver que podía oscilar, pero realizaremos el circuito de manera diferente al mostrado anteriormente. Partimos otra vez de la siguiente estructura:
Primero de todo empezaremos diseñando la fuente de corriente controlada usando un transistor bipolar. Esta vez usaremos una nueva estrategia de polarización: polarizaremos el transistor de manera independiente de su β. El diseño es el siguiente:
En primer lugar queremos que por las resistencia RB1 y RB2 circule una corriente "alta" de tal manera que podamos despreciar la corriente que circula por la base del transistor. Así pues, podemos calcular la tensión de base como un divisor tensión entre RB1 y RB2. Como el transistor cuando trabaja en zona activa presenta una pequeña tensión umbral, Vγ entre base-emisor la tensión de emisor será VE ~ VB - Vγ y por tanto la corriente de emisor es IE ~ VE/RE i como la corriente de colector es prácticamente la de emisro tenemos que Ic ~ VE/RE y podemos fijar el valor de RC que necesitemos para la tensión de colector que deseemos. Por tanto las condiciones de diseño quedan como:
- VB = (RB2/(RB1 + RB2))*VCC
- VE = VB - Vγ, Ic = VE/RE
- La resistencia de entrada es: R2 ~ (RB1//RB2)//Rπ
- C2 ~ CBE
Para conocer la salida de nuestro oscilador haremos una toma intermedia en la bobina de circuito tanque que hemos conectado en el colector y hace la función de R1 en paralelo con C1. Es importante destacar otro hecho de este oscilador: si pasamos al modelo incremental el condensador del colector se comporta como un circuito abierto y la bobina como un cortocircuito por tanto la tensión del colector es VCC. Así pues, tenemos un rango dinámico entre 0 y 2VCC.
Ya tenemos construido nuestro oscilador capaz de oscilar a 27Mhz proporcionándonos una oscilación exacta y robusta ya que no dependemos de ajustar manualmente ningún componente del circuito. Ahora con este oscilador queremos queremos interrumpir la oscilación periódicamente de manera que estemos transmitiendo una señal modulada en ASK que transmite la información 101010. Queremos montar el siguiente circuito:
Para crear el interruptor eléctrico usaremos un circuito 555 que genere una tensión cuadrada entre VCC y 0 de periodo 2 segundo, es decir, que durante 1 segundo enviaremos un 1 y durante otro segundo enviaremos un 0. Inyectaremos la tensión cambiante en el emisor de transistor de tal manera que lo haremos variar entre la zona de corte y la zona activa.
En la siguiente clase pasaremos al laboratorio para montar este emisor a 27 Mhz.
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