En esta clase vamos a empezar con el segundo proyecto que teníamos planeado en la asignatura: diseñar una radio-baliza que opere a 27 Mhz y que envíe una señal intermitente que sirva para avisar de algún problema. Para ello dedicaremos esta clase a ver como podemos construir osciladores sinusoidales. Es decir, circuitos cuya respuesta sea una sinusoide de una determinada frecuencia.
En primer lugar un circuito que produce una respuesta de este tipo es un circuito LC en el que el condensador este inicialmente cargado.
Este tipo de circuito no tiene aplicación real ya que los efectos parásitos del inductor se producen que la respuesta sea una sinusoide amortiguada.
Para llegar a realizar un oscilador sinusoidal, vamos a empezar considerando una estructura dotada de amplificador de ganancia K y un filtro paso banda centrado a la frecuencia f0 de la siguiente manera:
Conectamos a la entrada un generador sinusoidal de frecuencia fo y amplitud Vm. Analizamos el circuito y obtenemos que la respuesta será la siguiente:
Ahora miramos bajo que condiciones la salida sera una sinusoide igual a la de la entrada. Obtenemos las siguiente condiciones:
Estas dos condiciones son las llamadas condiciones de Barkhousen y pueden resumirse de la siguiente manera:
- Para que en un circuito se pueda producir una oscilación a la frecuencia f0 amplificación total del circuito debe ser la unidad y a la frecuencia f0 el circuito no debe presentar ningún desfase.
Tenemos caracterizado un circuito que nos proporciona una respuesta que sinusoidal, pero queremos ir un poco más allá. No queremos que este circuito tenga una entrada queremos que sea capaz de oscilar solo ya que si tenemos que alimentar el circuito con una fuente igual que la que queremos a la salida no ganamos nada. Para ello recurrimos a la siguiente idea: Si en un circuito tenemos dos tensiones nodales del mismo valor, al cortocircuitar los nodos no se alteran las tensiones y corrientes del circuito. Con esta idea podríamos conmutar muy rápidamente las conexiones de la siguiente manera:
De esta manera podemos conseguir un circuito que oscile de manera autónoma solo necesitando una excitación externa para arrancar. Vamos a ir todavia más allá: ahora queremos que el circuito sea capaz de arrancar solo, que no tenga que haber una excitación externa que lo arranque y después una pequeña conmutación.
Para entender como podemos hacer que esto sea posible primero veremos que puede pasar si hay pequeños desajustes en la ganancia del amplificador. Los resultados que podemos obtener son los siguientes:
Para conseguir arrancar el amplificador nos aprovecharemos del hecho de ajustar el oscilador con una ganancia mayor que la de oscilación y del hecho de que todo amplificador genera un pequeño nivel de ruido. El ruido tiene todas las componentes espectrales de similar amplitud. Si filtramos el ruido con un filtro paso-banda tendremos una sinusoide a la salida. Unido a esto si ajustamos la ganancia del amplificador de tal manera que sea ligeramente superior a la requerida entonces tendremos un oscilador que arranca solo.
Un circuito que nos permitirá poner en práctica esta idea seria el siguiente:
El A.O. al tener una tensión limitada entre +15 y -15 consigue limitar la respuesta producida al arrancar solo.
Hemos pasado al laboratorio y hemos visto en pleno funcionamiento este diseño. Es muy interesante comprobar que por una parte que se verifica todo lo que se ha visto en teoría y por otra parte comprobar que el ajuste de la ganancia del amplificador es un parámetro critico. Por una parte necesitamos que sea ligeramente superior a la ganancia de oscilación para que el circuito arranque solo pero una vez arrancado el circuito necesitamos reajustar la ganancia para que la tensión a la salida sea lo más parecido a una sinusoide. Si nos alejamos de la ganancia de oscilación tenemos más contaminación de los armónicos generados por la tensión periódica de frecuencia f0 que tenemos a la salida.
Para terminar hemos visto una solución a este problema de tener que reajustar la ganancia del amplificador, es la siguiente:
Se ha añadido un circuito que recoge la envolvente negativa de la señal generada y actúa en consecuencia sobre un transistor MOS que regula el paso de corriente a su través. Es como si variásemos dinámicamente la resistencia de 10K conectada al amplificador operacional.
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada