Osciladores senoidales.desbloqueado

7/31/2019 Osciladores senoidales.desbloqueado

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UNIDAD N3 - OSCILADORES SENOIDALES (R- 00) 1

OSCILADORES SENOIDALES

Estos, dentro de los sistemas de radio comunicaciones constituyen una de las etapasfundamentales de los equipos, ya sea en transmisores como en receptores. En el caso de untransmisor los osciladores son los encargados de generar la seal de salida (portadora), o algnsubmltiplo de esta, esto ltimo es el caso de transmisores de VHF o UHF. Esto significa que en

algunos casos la seal generada por el oscilador tiene igual frecuencia que la de salida y en otroscasos el oscilador genera una seal de frecuencia inferior (submltiplo de la frec. de salida), a laque posteriormente por multiplicacin de frecuencia se la traslada a la frecuencia deseada desalida.

En el caso de receptores el oscilador (oscilador local) es el encargado de excitar a laetapa mezcladora, sintticamente: un receptor utiliza un conversor de frecuencia el cualbsicamente se compone de una etapa mezcladora, en esta etapa se mezcla una seal generadalocalmente con la seal de RF que llega a la antena y nos entrega en la salida una seal de unadeterminada frecuencia, llamada Frecuencia Intermedia. Desde el punto de vista de otrossistemas tambin se utilizan los osciladores como base de tiempo, relojes, etc.

Bsicamente un oscilador es un amplificador realimentado, donde la realimentacin espositiva. El oscilador me entrega una seal alterna sin necesidad de inyectarle una seal alterna ala entrada. En realidad lo que hacen los osciladores circuitalmente es convertir energa decorriente continua suministrada por la fuente de alimentacin en energa de corriente alterna quees la que tenemos a la salida.

Criterio de Oscilacin ( Criterio de Barckausen )

Un oscilador bsicamente se compone de un circuito amplificador A y una red derealimentacin B, el circuito esquemtico sera el siguiente:

Fig. N 3-1

Donde A es la ganancia del amplificador, Af es la ganancia a lazo cerrado y B lafuncin de transferencia de la red de realimentacin. Para que este sea un oscilador se debencumplir algunas condiciones como por ejemplo que Xi = 0, si Xi = 0 significa que no hay seal deentrada y si se tiene una determinada seal de salida. Esto indica que Af = infinito y para que estose cumpla debe ser 1 - AB = 0 o sea AB = 1 la cual es la condicin de oscilacin (AB es la


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ganancia a lazo abierto del sistema). Condicin que resulta ser Necesaria. A la relacin AB = 1 se lo conoce como Criterio de Barckausen .

Ahora bien AB = Xf / X1 por lo tanto si Xf / X1 = 1 entonces Xf = X1 , esto nos diceque podemos sacar Xi y el amplificador no sufrir modificaciones, porque sigue viendo la mismaseal a la entrada X1. Que Xf sea igual a X1 significa que deben coincidir exactamente enamplitud, frecuencia y fase. Dos seales de igual frecuencia puede que no coincidan en fase, perosi coinciden en fase necesariamente deben coincidir en frecuencia por lo tanto nos basaremos enlograr la igualdad de amplitud y fase solamente.

Condicin de Arranque y Frecuencia de Oscilacin

Segn el esquema anterior, para que se establezca una oscilacin inyectamos unaseal de entrada, aparece una Xi, Xf = 0, aparece una Xo, se realimenta, aparece una Xf, la cualse suma y se va incrementando hasta que rpidamente se estabiliza el circuito y tenemos la sealde salida. En realidad al oscilador no le inyectamos ninguna seal de entrada, se supone que lagenera sola. La realidad de esto es que los osciladores arrancan solos. Si bien Directamente no se

le inyecta seal de entrada, si se le est inyectando Indirectamente. El fenmeno de arranque deloscilador se produce debido a:

1 todos los componentes que se utilizan son generadores de ruido Ruido blanco , este tieneun espectro de potencia plana o sea tiene componentes de todas las frecuencias, algunas de esascomponentes coincide con la frecuencia de oscilacin, esta que coincide se ve beneficiada, esto esamplificada y realimentada, por lo que a esta frecuencia operar el oscilador . Es decir que con elruido de los propios componentes ms ruido inyectado en el momento de la alimentacin, sumadoprovoca el arranque del oscilador por lo que se establecen las oscilaciones. Es un procesoregenerativo que rpidamente llega a estabilizarse en amplitud y frecuencia .

Normalmente el amplificador A es un transistor, bipolar o efecto de campo, el cual

produce un desfasaje de 180 . Esto significa que la red B deber introducir un desfasaje adicionalde 180 para satisfacer la condicin de igual fase. Esta red debe estar compuesta por elementosreactivos para cumplir con el objetivo anterior, no podra estar compuesta por un transistor.

Red de Realimentacin B

La red de realimentacin B debe cumplir con ciertos requisitos para permitirestablecer las oscilaciones, estos son:

1 Producir un desfasaje de 180 0 (en caso de que el amplificador A no introduzca desfasaje),es decir corregir el corrimiento de fase para que la seal realimentada llegue en fase a la entrada.

2 Esta es la ms importante y es la de seleccionar la frecuencia de oscilacin y estabilidad enfrecuencia. A es un transistor que no tiene problemas de frecuencia de trabajo, pero alguien letiene que determinar la frecuencia a la cual va a oscilar, esto lo realiza la red B.

La red B suministrar un desfasaje adecuado nicamente a la frecuencia de oscilacin,por lo que para cualquier otra frecuencia el desfasaje es distinto del necesario y entonces no secumple con la condicin de fase y no hay oscilacin. Por estas razones, la red B se debe construircon elementos reactivos, RC o LC. Bsicamente podemos distinguir dos tipos de osciladores, losde baja frecuencia y los de alta frecuencia. Los de baja frecuencia (Audio frecuencia) trabajan con


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frecuencias que estn entre 0,1 y 200 Khz , los de Radio frecuencia, que trabajan con frecuenciade 200 Khz en adelante, respectivamente.

En el primero la red B es RC y en el segundo es LC. Si se pudiera elegir que redutilizar, se debera elegir LC, porque esta tiene un Q mucho ms alto que la red RC. Laestabilidad en frecuencia la establece el Q del circuito resonante de la red B, cuanto ms alto eseste, tanto mayor ser la estabilidad en frecuencia. Esto ultimo se debe a que cuanto mayor es elQ, mayor es el cambio de fase que produce el circuito resonante al variar la frecuencia deoscilacin. El cambio de fase y la reactancia (de capacitiva a inductiva) se produce con muchavelocidad ( es decir en un intervalo de frecuencia ms pequeo ) cuanto mayor es el Q. Lo idealsera que pasara de +90 a -90 en forma vertical, eso implicara tener un Q infinitamente alto. Sise tiene ese corrimiento de fase significa que esta red es capaz de pasar de +90 a -90 decorrimiento de fase sin que prcticamente se modifique la frecuencia. Entonces se puede decir quepara que el circuito sea estable la variacin de fase por unidad de frecuencia tiene que ser lo msgrande posible, o sea tender a infinito, esto es:

Esto ultimo significa que tengo una gran variacin de la fase con una pequeavariacin de frecuencia ( obtenemos as un circuito muy estable ). Tenemos que apuntar a unared muy estable ya que el desfasaje de la red depende de:

1 - los valores de los componentes que utiliza, los cuales presentan una determinada dispersin,disipacin y corrimiento trmico.

2 - Del transistor, si en este se produce por alguna causa un corrimiento de fase, se modificar lafrecuencia de oscilacin.3 - De las capacidades parsitas que aparecen, por ejemplo las del transistor, las cuales varande un transistor a otro, adems de variar por causas trmicas y de polarizacin.

En definitiva, corrimientos de polarizacin, tensin de alimentacin, temperatura, etc.provocan modificaciones en la frecuencia de oscilacin. Todas estas modificaciones en frecuenciasern pequeas si dispone de una red de realimentacin con un Q alto. Una red RC tiene un Qmenor que una red LC por lo que es conveniente utilizar redes LC, pero en osciladores de audiofrecuencias ( baja frecuencia), por ejemplo 2 Khz. circuitalmente y matemticamente no existeningn problema, pero en la realizacin prctica del inductor, el tamao del mismo ser muyvoluminoso, adems para esta frecuencia deber utilizar ncleo de hierro con las consiguientesprdidas, motivo por el cual no se utilizan en frecuencias de audio.Por encima de 200 Khz las inductancias se hacen ms pequeas, fciles de construir y son mseconmicas, por ello se utilizan en alta frecuencia circuitos LC y si se desea mayor estabilidad enfrecuencia se podr utilizar una red LC con algn elemento de control de frecuencia.

En pocas oportunidades se utilizan circuitos LC sin ningn tipo de control, esto sedebe a que a pesar de la mayor estabilidad, los corrimientos de frecuencia son importantes, porejemplo en un circuito LC que resuena en 200 Khz, se pueden producir corrimientos defrecuencia del orden 2 a 5 Khz, o ms, si consideramos cambios de temperatura pueden llegar aser mayores. La normalizacin nos obliga a mantener el corrimiento en frecuencia dentro deciertos lmites, por ejemplo en equipos de comunicaciones en el caso menos severo (mayorcorrimiento permitido) se admite un corrimiento de 10 ppm (10 ppm en 200 Mhz sonaproximadamente 2 Khz de corrimiento) dentro de todo el rango de temperatura defuncionamiento. De manera que con variaciones de temperatura desde un extremo al otro del


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rango, la variacin de frecuencia no puede superar 2 Khz. Esto ltimo establece la necesidad deluso de algn tipo de control de frecuencia ms estable en el oscilador LC.

Anlisis de un oscilador LC

Bsicamente un oscilador LC utiliza una red de realimentacin compuestas por tresimpedancias, ya sean inductancias o capacidades, el circuito equivalente de un oscilador LC conun transistor bipolar o de efecto de campo se ve a continuacin:

Fig. N 3-2

La red de realimentacin (bloque B) est constituida por Z1, Z2 y Z3. Se puedendistinguir 2 tipos de osciladores, segn la combinacin LC seleccionada, Existen distintascombinaciones LC, por ejemplo: 3 capacitores o 3 inductancias o 2 de capacitores con unainductacia o dos inductancias con un capacitor, etc. pero de todas estas solamente doscombinaciones LC podrn constituir un oscilador, se puede demostrar matemticamente que lacombinacin Z1 y Z2 del mismo tipo y Z3 de signo contrario es la adecuada. Si Z1 y Z2 soninductores con acoplamiento mutuo y Z3 es un capacitor, al oscilador que constituye se lo llamaHARTLEY. Pero si Z1 y Z2 son capacitores y Z3 es un inductor, al oscilador que constituye se lollama COLLPITTS, siendo este el ms utilizado en la actualidad.

Funcionamiento del oscilador

Las dos impedancias Z1 y Z2 con la impedancia Z3 conforman un circuito resonantecapaz de oscilar a la frecuencia deseada. La realimentacin se produce debido a que el circuitoresonante a esta frecuencia produce un desfasaje de 180 entre la seal de entrada y la seal desalida, esto significa que la realimentacin produce un desfasaje de 180 solo a la componentecuya frecuencia coincide con la de resonancia, siendo distinto de 180 para las otras componentes.Este oscilador presenta una gran estabilidad en frecuencia, comparado con un oscilador RC,pero con respecto a un oscilador controlado por cristal, es muy poco estable, de donde surge quela estabilidad es relativa.

Determinacin de Ganancia "A" y de la frecuencia de Oscilacin

El circuito equivalente correspondiente al esquema de la figura N3-2 para el caso deltransistor de efecto de campo es le siguiente:


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Fig. N 3-3

Como se ve se establecen dos mallas, por lo que se plantean dos ecuaciones de malla,debiendo llegarse a una expresin similar a la del amplificador realimentado de la figura N 3-1:

Donde debe ser (1- AB = 0), por condicin de oscilacin. Al igualar esta a cero vemos que alestar compuesta por elementos reactivos, presentar una parte real y una imaginaria, de la partereal igual a cero se obtiene la ganancia y de la parte imaginaria igual a cero se obtiene lafrecuencia de oscilacin. Si parte real e imaginaria son cero, ser cero ese determinante con lo quese asegura la condicin de oscilacin. Para obtener el determinante se plantean las dos ecuacionesde malla y se agrupa respecto de I1 e I2, luego se toma el determinante y se lo iguala a cero,obtenindose las relaciones necesarias para encontrar la ganancia A y la frecuencia deoscilacin.

-gm V GS R = I1 ( R + Z2 ) - I2 ( Z2 + Zm ) Zm: se debe al acoplam. mutuo0 = -I1 ( Z2 + Zm ) + I2 ( Z1 + Z2 + Z3 + 2 Zm )

VGS = -I1 Zm + I2 ( Z1 + Zm )

Se reemplaza V GS , despejando y agrupando respecto a I1 e I2 se obtienen 2 ecuaciones igualadasa cero y agrupadas en funcin de I1 e I2, de esas dos ecuaciones se toma el determinante, se loiguala a cero y se obtiene:

0 = gm R ( X1 + Xm )( X2 + Xm )-( X2 + Xm ) 2 + jR ( X1 + X2 + X3 + 2 Xm )

De la parte imaginaria se obtiene la frecuencia de oscilacin, esto es:

R ( X1 + X2 + X3 + 2 Xm ) = 0de donde ser X1 + X2 + X3 = 0

De esta ltima se deduce que deben existir elementos de los dos tipos (inductacia ycapacidad), no pudiendo ser todos del mismo tipo ya que esto no verificara la igualdad. Severificar posteriormente que X1 y X2 tienen que ser del mismo tipo ( ej: Z1 y Z2 inductores y Z3capacitor o Z1 y Z2 capacitores y Z3 inductor ). Otra relacin no puede considerarse para formarel oscilador. Entonces asumimos que X1 y X2 son del mismo tipo, capacitores para Collpitts, yque X3 es de signo contrario, por lo tanto la frecuencia de oscilacin ser:


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donde Ce es el capacitor equivalente de los capacitores de X1 y X2.

Para obtener la expresin de la ganancia se deber igualar a 0 la parte real, como se vea continuacin:

A ( X1 + Xm ) ( X2 + Xm ) - ( X2 + Xm ) 2 = 0A ( X1 + Xm ) ( X2 + Xm ) = ( X2 + Xm ) 2

entonces A = ( X2 + Xm ) / ( X1 + Xm ) por ser un Collpitts.A = X2 / X1 = C1 / C2 porque viene de ( W C2 ) -1 / ( W C1 ) -1

Para garantizar el inicio y mantenimiento de la oscilacin de debe disponer de uncierto margen de ganancia, debido a que si se hace la amplitud exactamente igual a 1, si se

degrada por alguna causa el amplificador, puede disminuir el cociente, hacindose menor a uno larelacin de ganancia, esto provoca una atenuacin que puede cortar la oscilacin. Para asegurarque se mantenga la oscilacin, la ganancia debe ser ligeramente mayor a uno. Como en la realidadun transistor tiene una ganancia mucho mayor que uno, generalmente se compensa la atenuacino prdida de la red B, con lo que est garantizado el inicio de oscilacin. Por lo tanto A es mayoro igual a C1 / C2 . Cuando es igual se tiene el lmite para asegurar las oscilaciones. Como laganancia es adimensional el cociente debe ser entre iguales dimensiones, por eso deben ser Z1 yZ2 del mismo tipo, como se consider anteriormente.

Si el oscilador utiliza un transistor bipolar en lugar de un FET, la expresin de laganancia ser igual que para el caso del FET, pero la expresin de la frecuencia de oscilacin sever afectada por un factor que involucra la influencia de los parmetros del transistor,

fundamentalmente la baja impedancia de entrada del transistor, la que es mucho menor que la delFET. En general este efecto se ve minimizado debido a que la red LC posee un Q relativamenteelevado, por lo que su influencia ser mnima.

A este oscilador Collpitts se le suele agregar en serie con el circuito resonante o conla inductancia un capacitor de valor relativamente bajo que funciona con la red de oscilacin. Alconectarlo en serie con la inductancia o en serie con toda la red se busca disminuir el efecto de lascapacidades parsitas del transistor. Las capacidades parsitas de entrada y salida del transistor sesuman modificando la frecuencia de oscilacin. Esto se debe tener siempre en cuenta, por lo queconviene tener algn elemento variable para compensar estos y otros efectos parsitos. Estascompensaciones buscan que la frecuencia no sea tan dependiente de los parmetros del transistor,porque estos parmetros afectan a las capacidades de entrada y salida.

Cuando al oscilador Collpitts se le agrega el capacitor antes mencionado se lo sueledenominar oscilador Clapp.


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Oscilador COLLPITTS controlado por un circuito LC

Fig. N 3-4

C1, C2 y L constituyen el circuito resonante. C puede ser el capacitor que conformeun oscilador Clapp o puede ser un capacitor que cumpla con el objetivo de bloquear lacomponente continua de base permitiendo el pasaje de la componente alterna, al presentar unabaja impedancia entre los puntos A y B.

Descripcin : Rc, podra no estar, pero se coloca para que el transistor vea una determinadaresistencia de carga a la corriente continua y de esta forma el colector no quede conectadodirectamente al positivo de la fuente de alimentacin. El colector debe de estar conectado a tierra,para cerrar el lazo de realimentacin, quedando L, C1 y C2 dentro del lazo entre base y colector,para eso se coloca el capacitor C3 el que me asegura que para la componente alterna(oscilacin), el colector este conectado a tierra.

En definitiva este esquema corresponde con el visto en la figura N3-2 y 3-3.C1, C2 y L constituyen la red de realimentacin que determina la frecuencia de resonancia. Lared Rc - C3 constituye un circuito pasabajos que evita que circulen componentes de radio

frecuencia a travs de la fuente de alimentacin, derivando a tierra la RF, de esta forma se evita larealimentacin entre las etapas que son abastecidas por la misma lnea de alimentacin,pudindose producir auto-oscilaciones indeseadas a determinadas frecuencias. Se debe Tener encuenta que la alimentacin de corriente continua se distribuye generalmente a distintas etapas acontinuacin del oscilador, adems estas etapas pueden trabajar con seales de gran nivel y al noser la fuente de alimentacin un verdadero cortocircuito se pueden producir realimentacionesindeseadas. Para evitar esto es que se acostumbra poner este filtro Rc adicional en todas lasetapas. A veces en lugar de colocar un slo capacitor C3, se colocan dos capacitores en paralelode distinto valor.

Normalmente cuando arranca el oscilador la amplitud va creciendo hasta querpidamente se alcanza el estado estacionario, estabilizndose el nivel de amplitud y la frecuencia

de oscilacin. El nivel de amplitud del oscilador se estabiliza directamente por saturacin (crecehasta un nivel a partir del cual no puede crecer ms). Si se desea un nivel de salida menor que elde saturacin se debe utilizar un control automtico de ganancia, este circuito de control deganancia es relativamente complicado y de un costo importante respecto del oscilador, por estogeneralmente no se lo utiliza, en este caso la amplitud de salida se estabiliza entre un 50 % a 70%de la tensin de alimentacin, ej.: si se alimenta con una tensin de 12v, se podr obtener unatensin de salida del orden 7 a 8 v pico a pico. Los componentes armnicos generados en esteproceso de saturacin se ven atenuados debido a que la red de realimentacin filtra estacomponentes, tanto mas cuanto mayor es el Q de esta, lo que disminuye la distorsin de la sealde salida.


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Diseo de un Oscilador COLLPITTS LC .

Fig. N 3-5

Este es un circuito oscilador en el cual el transistor trabaja en la configuracin basecomn, por lo que el capacitor CB tiene como funcin ser un cortocircuito a la frecuencia deoscilacin, quedando de esta forma la base conectada a tierra. Por otro lado a travs de la fuentede alimentacin queda conectado un extremo de la inductancia a tierra y el otro extremo alcolector. Esto corresponde con la configuracin bsica vista anteriormente, es decir, lainductancia entre colector y base y los capacitores que ajustan la relacin de realimentacin queestaran entre colector y emisor y entre emisor y base, o sea que el esquema bsico sera la L enparalelo con C1 y C2, siendo CB un cortocircuito a la frecuencia de operacin, R1, R2 y RE sonlas resistencias de polarizacin, que ubican el punto de trabajo de forma tal que funcione en claseA, esto es, el punto Q en el centro de la recta de carga. Ch es un choque que se coloca para evitarque la resistencia RE disipe potencia de RF proveniente de la oscilacin, este choque se comportacomo circuito abierto a la RF. En general en circuitos osciladores no se lo utiliza debido a que setrata de osciladores de baja potencia por lo que la potencia que va a disipar RE es despreciable.C1 y C2 son los capacitores de oscilacin que ajustarn la relacin de realimentacin y son losque determinan la frecuencia de resonancia conjuntamente con L1 y C. Este capacitor C es uncapacitor de ajuste, que est en paralelo con C1 y C2 y en paralelo con L.

Siempre que se disea un oscilador se debe disponer de algn elemento que permitaajustar la frecuencia de oscilacin, para ello est este capacitor C, este es de pequeo valorcomparado con los otros a fin de que permita desplazar ligeramente la frecuencia del oscilador. Sifuera de gran valor, l sera el que determinara la frecuencia en lugar de desplazarla. Cc es uncapacitor que desacopla la continua y me permite acoplar la resistencia de carga RL. La Rp es unaresistencia que no se coloca y representa la resistencia del circuito resonante en paralelo. Laresistencia Rf junto con el capacitor a tierra constituyen un filtro pasabajos que no permite quecirculen hacia la fuente de alimentacin seales de RF, adems es la resistencia de carga que ve elcolector para la componente continua.

La resistencia Re se coloca para compensar la componente inductiva de la impedanciade entrada del transistor, hacindola de esta forma ms resistiva. En la configuracin base comnla impedancia de entrada al transistor es:


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Fig. N 3-8

Se conecta en este punto debido a que es un terminal de baja impedancia. Para esteesquema la frecuencia de oscilacin, tanto para uno como para otro caso es igual:

Si en esta se hace L


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No se considera ni corte, ni saturacin, de esta forma el punto Q se ubica en el centrode la recta de carga, la pendiente de la recta de carga ser - 1/Ro, donde Ro es la resistenciatotal de carga esto es: Ro = RL // RP // N 2 Ri , donde N es la relacin de transformacindado por C1, C2, esto determina la resistencia total de carga, que determina la pendiente de larecta, de forma tal que la tensin colector base en el punto Q sobre la Icq me permite obtener Ro,esto es:Ro = Vcbq / Icq.

Por otro lado ser Vp = 2Vcbq y Ip = 2Icq, con esto se puede obtener la potenciade salida ( Po ) como I 2 R. La I 2 es el valor eficaz, o sea que ser igual a Icq / 1,4. Adems sedebe tener en cuenta que si se desea obtener la mxima transferencia de potencia se debe efectuaradaptacin de impedancias, para lo cual deber ser RL= RP// N 2 Ri, de donde, Ro = RL / 2, siesto es as solo la mitad de Icq circular por RL y el resto por la resistencia en paralelo, estosignifica que en la salida se obtiene solo el 50% de la corriente. Entonces la potencia de salidaser:

La potencia de entrada (Pe) es la potencia que entrega la fuente de alimentacin alcircuito: Pe = Vceq. Icq = Icq 2 Ro = Icq 2 RL / 2. Con estos datos se puede sacar elrendimiento del oscilador, esto es la potencia de salida sobre la potencia de entrada.

El rendimiento mximo que se puede obtener de este oscilador es del 25%, esto sedeber tener en cuenta al seleccionar el transistor, ya que este deber ser capaz de disipar por lomenos de 3 a 4 veces la potencia de salida. Adems para que sea capaz de oscilar deber ser la Ftde dos a tres veces mayor que la frecuencia de oscilacin.

Determinacin del valor de los elementos

Se debe determinar el valor de: C1, C2, C y L, la capacidad de resonancia total esigual a:

Ct = Co + C + C1 C2 / ( C1 + C2 )

Si se busca en las ecuaciones de los circuitos de adaptacin y sintona encontraremosque Q = WoRC, de donde puedo obtener el valor de C, que en este caso va a ser Ctotal y es:

Ct = Q / WoRo

donde Ro es la Rtotal y Wo = 2 FoEl Q se elige entre 50 y 100, el que por no ser un valor relativamente alto es una

inductancia de fcil construccin. Se calcula con esto el valor de Ct, el valor de Co (capacidadparsita del transistor) la obtiene de los manuales, lo normal es Co = 1 a 5 pF. El valor delcapacitor C se obtiene eligiendo un capacitor variable cuya capacidad mxima sea unas 10 veces


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menor que la capacidad C1, C2. Como no conozco C1 y C2 se hace por criterio. Si por ejemplose trata de un oscilador de 10 a 12 Mhz, las capacidades de resonancia podrn ser del orden de100 a 200 pF, entonces C se elige con valores del orden de 3 a 15 pF o 3 a 20 pF y luego severifica que sea apropiado.

Con esto conocemos el valor de Ct, Co y C de donde ser: Ce = Ct - Co - C =C1 C2 / ( C1 + C2), de aqu se determina el valor de C1 y C2. La inductancia se obtiene con Cty Wo de la expresin: L = 1 / Wo 2 Ct

Para obtener C1 y C2 se dispone de una relacin en circuitos de adaptacin y sintonaen la tabla 3-6-1 que expresa que C2 = Ce N y C1=C2 / ( N - 1 ). N es la relacin detransformacin y se obtiene de la ecuacin:

RL = Rp//RiN 2 = RpRiN 2 / ( Rp+RiN 2)

Si de esta se despeja N se puede obtener su valor, ya que se conoce como dato RL,Ri y Rp y con esto est determinado los principales elementos del circuito.

Diseo para resistencia de carga de bajo valor

Si la resistencia de carga es de bajo valor ( menor que 1 Kohms ) se la conecta alemisor en paralelo con el capacitor C2, con esto se logra no cargar con RL el circuito resonante,lo que provocara una baja en el Q. El costo de esta conexin es una perdida en al eficiencia, estose ve en el siguiente circuito:

Fig. N 3-10

El diseo se realiza de igual forma que el caso anterior, pero teniendo en cuentaalgunas consideraciones. La resistencia de carga RL en este caso queda conectada en paralelo conC2 y con la resistencia Ri, por lo que para disponer de suficiente excitacin de base para mantenerlas oscilaciones se debe hacer que Ri sea igual a RL, en este caso la Ro ser:


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Para obtener la mxima transferencia de potencia deber ser en la expresin anterior1 = 2, de donde ser:

Esto significa que de la totalidad de la potencia de salida, la carga recibe solo 1/4 de lapotencia de salida del transistor, el 50% va Rp y el otro cuarto va a Ri, si se lo compara con elcaso anterior, la RL recibe la mitad de la potencia, por lo que el transistor en este caso disipar 8veces la potencia de salida en la carga. Para este caso la Icq y la Vcbq vienen expresados por:

Pl P Icq

Rp Icq Rp IcqPL

Rp

PL

Rp Rp= =

= =

=12

12

12 2

116

164

22

quedando entonces IcqPL

Rp= 4 y Vcbq Icq Rp=

2

Una ves que se determina el punto de operacin se disea la red de polarizacin, elresto del calculo es similar al anterior.

Osciladores Controlados por Cristal

Los circuitos LC como circuitos resonantes en osciladores de sistemas decomunicaciones, utilizados solos, no son de mucha aplicacin debido a la pobre estabilidad enfrecuencia que presentan. Pero si al oscilador LC se le controla la frecuencia con un elementoestable se disminuye el corrimiento de frecuencia. El Cristal piezoelctrico es un elemento decontrol de frecuencia y me permite obtener una gran estabilidad en frecuencia debido al alto Qque posee.

El cristal piezoelctrico se obtiene del cristal de cuarzo, el que abunda en lanaturaleza. De un cristal de cuarzo se toma un trozo para construir un cristal piezoelctrico. Lapropiedad ms importante que presenta este material es la PIEZOELECTRICIDAD, esto es elintercambio de energa mecnica en energa elctrica y viceversa.

Las molculas dentro de cristal estn ordenadas de forma tal que si yo le ejerzo unesfuerzo mecnico en un trozo de cristal se genera una diferencia de potencial entre sus caras ydel mismo modo si le aplico una diferencia de potencial entre sus caras este reaccionacomprimindose o expandindose. El cuarzo lo podemos encontrar en la naturaleza con lasiguiente forma:


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Fig. N 3-11

El eje X es el que pasa por los vrtices ( X, X l, X" )El eje Y es el que pasa por las caras ( Y, Y l , Y")

Se definen estos ejes porque los trozos de cristal se extraen segn ciertasorientaciones bien definidas respectos a los ejes. Podemos distinguir dos tipos de cortes, uno esel corte X y el otro es el corte Y.

En el corte X la lmina de cristal es perpendicular al eje X y en el corte Y la lmina esperpendicular al eje Y. En realidad los cortes no son exactamente perpendiculares a los ejes X e Ysino que el corte presenta determinados ngulos respecto de estos. Estas inclinaciones determinancaractersticas como por ejemplo el corrimiento trmico de cristal. Comercialmente se consiguencristales con cortes AT, CT, BT, etc. (varias alternativas) con distintas propiedades. Cada uno deestos cortes tienen distintos ngulos respectos a los ejes. El cristal entonces es una lmina muyfina que puede ser cuadrada o circular y tiene un cierto espesor. A sus caras es donde se le aplicala energa elctrica y el cristal oscilar o vibrar.

Fig. N 3-12

Entonces si a la lmina de cristal le aplicamos una diferencia de potencial alterna esteva a vibrar ( se va a comprimir y expandir ) segn la frecuencia de esa seal, se observa que parauna cierta frecuencia, la vibracin del cristal ser muy enrgica, muy eficiente es decir que muypoca energa se va a disipar en el cristal, esto se debe a la frecuencia natural de resonancia del


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cristal. Entonces cuando la frecuencia de la seal de excitacin coincide con la frecuencia naturalde resonancia mecnica del cristal este va a producir el intercambio energtico con muchaeficiencia es decir con muy bajas prdidas lo que equivale a presentar un Q muy alto. Los cristalespueden suministrar un Q entre 20.000, 70.000 u 80.000, que es imposible alcanzar con un circuitoLC. Esta caracterstica hace al cristal muy estable en frecuencia.

Esta frecuencia de resonancia esta muy bien definida y es muy estable ( recordemosque es una frecuencia mecnica ). Debido a esta caracterstica el cristal es un elemento apto paracontrol de frecuencia, por ejemplo: para construir osciladores o para controlarlos.

Para analizar el cristal circuitalmente se debe construir el circuito equivalente, el cual secompone de un circuito resonante. En realidad un cristal presenta varias frecuencias deresonancia, a la menor de esas frecuencias se la llama Frecuencia de Resonancia Fundamental y esla primera que aparece, a las otras se las llama Sobretonos (que son como armnicas de lafundamental). Cuando se adquiere un cristal al fabricante, se debe especificar si es en fundamentalo sobretono. Los de mayor frecuencia son en sobretono y los de menor frecuencia son los enfundamental. Al construir un circuito equivalente debera poner un circuito resonante por cadauna de esas frecuencias de resonancias, lo que lo hara muy complicado. Para el anlisis ponemossolo el que corresponde con el modo fundamental, que es el principal.

Circuito equivalente de un cristal

Fig. N 3-13

Este es un circuito resonante serie L Cs R con un capacitor en paralelo Cp. L R Csdependen directamente del cristal, el Cp representa la capacidad de los electrodos del cristal, estoselectrodos surgen de hacer conductoras las caras del cristal. El Cp es relativamente alto (de 10 a100 pF). Cs es de muy bajo valor 0,01 pF, al ser Cs pequeo deber ser L una inductancia devalor grande, pudiendo llegar a ser del orden de los Hy, por ejemplo: para un cristal de 3 Mhz, elvalor de estos pueden ser de: Cs = 0,05 pF y L = 1 Hy aproximadamente. No se puede realizareste circuito equivalente con elementos discretos debido a que Cs es ampliamente superado porlas capacidades parsitas, sera imposible de construir. La frecuencia de resonancia serie sedetermina por el circuito serie LRCs y se expresa por:

F s L C s

=

1

2

A esta frecuencia la impedancia que presenta el cristal es mnima, no alcanzando a sercero por la pequea resistencia de perdida que presente al no ser el Q = .

Para obtener la frecuencia de resonancia paralelo se debe tener en cuenta el capacitorCp, el que queda conectado en serie con el capacitor Cs, la capacidad total est dada por elcapacitor equivalente, la expresin en este caso es:


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Fp

LCs CpCs Cp

=

+

1

2

El valor de la resistencia R es del orden de 10 a 15 Ohms y es la responsable de que elQ no sea , no interviene prcticamente en la frecuencia paralelo, la ecuacin anterior responde al

siguiente esquema:

Fig. N 3-14

La frecuencia de resonancia Fp es siempre mayor que Fs ya que un capacitorequivalente de dos capacitores en serie es siempre menor que el menor. Es decir Ce < Cs, Fp esmuy poco mayor que Fs porque Cs comparado con Cp es mucho menor es decir Ce es muy pocomenor que Cs. Fp nunca supera a Fs en ms del 1% .Ej.: Para cristales de 2 a 3 MH z la diferenciaentre una y otra frecuencia es del orden de 1,5 Kh z. O sea generalmente la diferencia entre Fp yFs es bastante menor al 1 %. El grado de separacin entre Fp y Fs depende de Cs y Cp. A Cs nolo puedo modificar porque es caracterstico del cristal pero si puedo modificar Cp, por ejemplomodificando las secciones conductoras del cristal o se le puede agregar una capacidad en paralelosi se la quiere aumentar. En resumen, modificando Cp se puede variar el grado de separacinentre las frecuencias Fp y Fs.

El factor de calidad del cristal ( Q ) se define como el que corresponde a la rama seriey se expresa mediante:

QW L

R W C RS=

=

1

La grfica de la variacin de la reactancia y de la resistencia en funcin de lafrecuencia para un cristal es la siguiente:

Fig. N 3-15


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Coeficiente de Temperatura

Si se producen variaciones en la temperatura a la que trabaja el cristal, se producirnpequeos corrimientos en la frecuencia de resonancia del cristal. El coeficiente de temperatura delcristal de cuarzo, expresado en PPM (parte por milln), se especifica mediante la relacin ( f / f ),donde ( f ) es el cambio de frecuencia y ( f ) es la frecuencia central por cada grado centgrado

de variacin de la temperatura, a

f / f se lo suele graficar en funcin de la temperatura, esto es:

Fig. N 3-16

El tallado de la lmina del cristal, se realiza de acuerdo a la ubicacin de los ejescristalogrficos y segn determinados ngulos, esto se ve en la siguiente grfica:

Fig. N 3-17

La estabilidad en frecuencia de un cristal piezoelctrico depende de diversos factorescomo por ejemplo: El modo de vibracin, dimensiones fsicas del cristal, orientacin del corte dela lmina respecto de los ejes cristalogrficos, etc. Existen distintos tipos de cortes que mepermiten obtener coeficientes de temperatura bajos, por ejemplo los cortes AT, BT, CT etc. Deestos l mas utilizado es el corte AT, debido a la curva de variacin de frecuencia respecto de latemperatura.

La temperatura de referencia es 25 C y los extremos de temperatura normalizadospor la CNT, en el caso mas extremo para el rango industrial va de -20 a +55 C, para el caso delcorte AT la frecuencia se desplaza en sentidos contrarios segn que la temperatura baje o suba,esto significa que es relativamente simple compensar trmicamente a este cristal, bastar utilizaruna red compensadora cuya curva de respuesta sea contraria a la del cristal. No es necesario


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compensarlo de manera que el corrimiento sea 0, sino que se lo debe mantener dentro de un ciertoentorno, por ejemplo en el rango de 150 a 240 Mhz. el corrimiento mximo normalizado por laCNT dentro de todo el rango de temperatura es de 10 ppm.

Frecuencias de resonancia- modos de vibracin

El cristal de cuarzo esta sujeto a respuestas espureas que presentarn frecuencias deresonancias indeseadas. La frecuencia de resonancia depende de varios factores, como:dimensiones mecnicas, modo de vibracin, constante elstica del cristal para ese modo devibracin. La supresin de los modos indeseados se logra minimizando el acoplamiento para estosmodos, ajustando las dimensiones del cristal y seleccionando el modo de vibracin adecuado.

Bsicamente un cristal puede vibrar en un cierto nmero de modos mecnicos, almodo que presenta la frecuencia de resonancia mas baja se lo llama M odo Fundamental, a los demayor orden se los llama Sobretono. Por otro lado el cristal puede oscilar a la frecuencia deresonancia serie o paralelo, esto depender de su ubicacin en el circuito oscilador, a la frecuenciade resonancia serie presentar una baja impedancia, por lo que se lo deber ubicar en el circuitooscilador donde se requiera una baja impedancia. En el caso de trabajarlo a la frecuencia de

resonancia paralelo, generalmente a esta se comporta como una inductancia, por lo que se lodeber ubicar en lugar de la inductancia de resonancia del oscilador.

Cuando se hace fabricar un cristal, se debe especificar adems de la frecuencia deresonancia, si es de fundamental o sobretono y si va a trabajar es resonancia serie o paralelo,generalmente los cristales de sobretono operan en resonancia serie.

Cristales en fundamental se fabrican hasta frecuencia del orden de los 26 Mhz., porencima de esta y hasta frecuencias del orden de los 200 Mhz. se los fabrica en sobretono, esto sedebe a que el espesor de la lmina que constituye el cristal disminuye al aumentar la frecuenciatornndose frgiles, para una frecuencia del orden de los 15 Mhz. el espesor de la lmina es delorden de 0,15 mm. En cambio el espesor de un cristal en sobretono, por ejemplo del tercersobretono, posee un espesor que corresponde con el de un cristal en fundamental cuya frecuenciaes tres veces menor, lo que lo hace mas resistente.

Existen varios modos de vibracin, los que presentarn distintas caractersticas, estosmodos son: Longitudinal ( extencionales ), de F lexin y de Corte, el modo de vibracin paracada uno de estos se ilustra a continuacin:

Fig. N 3-18


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Los cristales fabricados para vibracin longitudinal y de flexin son cristales de bajafrecuencia, pudiendo trabajar aproximadamente de 50 Khz. a 500 Khz. los longitudinales y de 50Khz. a 4 Mhz. los segundos. Los del tipo de corte son los cristales de mayor frecuencia, pudiendotrabajar aproximadamente de 100 Khz. hasta 26 Mhz. para el modo fundamental y hasta 200 Mhz.para el modo sobretono.

Montaje del cristal

Existen diferentes mtodos de montaje de cristales, donde el tipo de montaje dependedel tipo de cristal. Se deben hacer conductoras a las caras del cristal mediante una fina pelculametlica, formada directamente sobre la cara del cristal, para esto se pulveriza y hornea unasolucin de plata que constituir el electrodo. algunos de estos mtodos de montaje se ilustran acontinuacin:

Fig. N 3-19

El tipo de montaje ilustrado en A, al cristal se lo sujeta por las esquinas dejando libreel resto para que pueda moverse libremente, en la actualidad este tipo de montaje no se utiliza, asido reemplazado por los montajes ilustrados en B y C. En el tipo C los terminales se sueldandirectamente a las caras del cristal que se han hecho conductoras, la gota de estao se colocapara efectuar ligeros ajustes en la frecuencia de oscilacin, para esto basta con alejar o acercar lagota al cuerpo del cristal. Tanto el tipo B como el C son aptos para cristales que operan en elmodo flexional, longitudinal y de corte, siendo el tipo B el ms conveniente para cristales de altafrecuencia.

Oscilador COLLPITTS Controlado por Cristal.Los osciladores controlados por un cristal piezoelctrico son especialmente aptos para

su uso en sistemas de comunicaciones por su gran estabilidad en frecuencia y su insensibilidad ainfluencias externas como temperatura, fuente de alimentacin, carga, etc. El oscilador Collpittscontrolado por cristal se puede encontrar con distintas variantes que le dan caractersticasespeciales, un circuito muy utilizado es el siguiente:


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Fig. N 3-20

En este caso el cristal funcionara como la inductancia del oscilador. Para que estoocurra el cristal debe funcionar a la frecuencia de resonancia paralelo, en la cual se comportacomo una inductancia, para que este circuito oscile, el colector debe quedar conectado a tierrapara producir la realimentacin necesaria a travs de la inductacia que presenta el cristal hacia labase. Esto significa que el colector a la frecuencia de oscilacin del cristal debe estar conectado atierra, para que esto ocurra, el circuito sintonizado del esquema anterior no debe resonar a lafrecuencia fundamental (presentara una impedancia infinitamente alta, desacoplando el colectorde tierra), esto ltimo implica que se debe sintonizar a un armnico de la frecuencia del cristal,presentando una baja impedancia a la frecuencia de oscilacin del cristal, esto permite que elcolector quede conectado a tierra a travs del capacitor C. En caso de no existir este circuitosintonizado en el colector, se puede conectar directamente el colector a tierra a travs de uncapacitor, como se ve a continuacin:

Fig. N 3-21

De esta forma queda la inductancia conectada entre el colector y la base, salida yentrada respectivamente. En este circuito oscilador el cristal trabaja como una inductancia a unafrecuencia prxima a la resonancia paralelo. La seal de salida en este caso se puede extraer porel emisor, el cual es un terminal de salida de baja impedancia. Si en cambio se desea extraer leseal por el colector se deber desacoplar de tierra y conectar la resistencia de carga a estepunto.

Este es uno de los osciladores a cristal ms utilizados. En modulacin de frecuencia sesuele modular directamente sobre el oscilador. En este caso para obtener la seal modulada enfrecuencia se debe modificar la frecuencia de oscilacin con la seal modulante. Si el oscilador escontrolado por un cristal, el corrimiento de frecuencia ser bajo, pero lo suficiente como paraobtener la desviacin en frecuencia necesaria. El desplazamiento es pequeo, por ej., para uncristal de 20 Mhz. se puede llegar a un corrimiento de su frecuencia del orden de 1 KHz. Estadesviacin en frecuencia es baja y no suficiente para ser emitida, esto hace necesario utilizaretapas multiplicadoras a continuacin del oscilador que elevan la frecuencia de operacin yaumentan la desviacin en frecuencia. Por ejemplo, si se desva 1 Khz la frecuencia del cristal y


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posteriormente se la multiplica por 9, se obtiene una desviacin de frecuencia de 9 Khz, lo quesupera la desviacin normalizada y cuyo valor es igual a 5 Khz mx. ( = 5 KHzmx.). Este valor normalizado no se puede superar, entonces cuando se modula se debe llegarcomo mximo a esta desviacin. Para poder obtener en la salida 5 Khz de desviacin, si semultiplica por 9, se deber desviar la frecuencia de oscilacin en 555 Hz.

Para poder modificar la frecuencia de oscilacin se debe modificar el valor de la

capacidad Cv, esta variacin se produce en forma manual. Pero para modular en la frecuenciatengo que colocar en el circuito un elemento que me permita obtener automticamente unavariacin de la capacidad con la seal modulante. Este elemento se llama Varicap. Este es undiodo polarizado inversamente y que produce una variacin de su capacidad segn la tensinaplicada en sus extremos. Un varicap se representa por:

Fig. N 3-22

Al Varicap es un diodo construido para funcionar con polarizacin inversa, en estacondicin presenta una variacin de la capacidad en sus extremos con la tensin aplicada a losmismos. Si al diodo se lo polariza en sentido directo se comportar como un simple diodo. Estacapacidad interelectrdica que presenta es muy dependiente de la tensin y poco variable de undiodo a otro del mismo tipo, cualquier diodo presenta este efecto, pero en estos la variacin decapacidad difiere de un diodo a otro del mismo tipo. Los diodos varicap se los construye paradistintas aplicaciones, esto significa que difiere el rango de variacin de capacidad, por ejemplo:los diodos para ser utilizados en equipos de FM en la banda de VHF, la variacin de capacidadpuede ser del orden de 5 a 20 PF, para el caso de UHF la variacin podra ser del orden de 1 a 5PF, para el caso de diodos para equipos de HF la variacin puede ser del orden de 20 a 400 PF.Las variaciones de tensin pueden ser del orden de 0 a 15 v aproximadamente. La curva devariacin capacidad - tensin para un diodo varicap puede ser aproximadamente:

Fig. N 3-23

No conviene utilizar los extremos de la curva debido a la falta de linealidad quepresenta, lo usual es utilizar una pequea porcin de la curva donde esta sea lo ms lineal posible,se polariza entonces al diodo en ese sector y con esta tensin continua se inyecta la modulacin,esta producir variaciones del valor de la capacidad dentro de ese entorno, lo que se traduce envariaciones de frecuencia.Con esta variacin de capacidad se debe lograr obtener una desviacin de frecuenciaaproximadamente 600 HZ, para que al multiplicar se obtenga aproximadamente 5 Khz. Esta


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desviacin es difcil de lograr con el circuito de la figura N 3-20 ya que la variacin de lacapacidad del varicap debera ser grande, Para mejorar esto y facilitar la modulacin se coloca alcristal con un circuito resonante serie en serie con l, donde el varicap forma parte de esecircuito, esto es:

Fig. N 3-24

La frecuencia de resonancia del circuito resonante serie coincide con la del cristal,presentando una baja impedancia, esto permite al cristal oscilar a su frecuencia de resonancia. Alvariar la capacidad del varicap este resonante se sale de sintona produciendo un mayor arrastrede frecuencia en la frecuencia de resonancia del cristal.

Con este circuito puedo lograr fcilmente una desviacin de frecuencia mayor que lanecesaria. El esquema completo seria

:

Fig. N 3-25

El inductor Ch, es un choque que tiene por objetivo presentar una alta impedancia a lafrecuencia de oscilacin y una baja impedancia la seal de audio frecuencia (modulante), de estaforma se logra desacoplar el modulador del oscilador, evitando interacciones indeseadas entreellos.

Este sera un circuito tpico para modular en frecuencia atacando al oscilador, el que asu ves es controlado por un cristal.

Conmutacin electrnica de cristales

Cuando se desea trabajar al oscilador en distintas frecuencias (canales), se debeutilizar un cristal por cada canal y un circuito de conmutacin para seleccionar el cristal deseado.


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Para esto se debe modificar el circuito, agregando el circuito de conmutacin, generalmente estaconmutacin se efecta en forma electrnica utilizando diodos como interruptores. Un circuitotpico sera:

Fig. N 3-26

El cambio de cristales se puede efectuar utilizando una llave selectora, con la que seselecciona el cristal deseado, en este caso la llave selectora tiene que estar muy prxima a loscristales para evitar utilizar conductores muy largos, esto es debido a que estos conductorestransportan RF lo que puede producir gran cantidad de trastornos. Lo ideal, que es lo que se haceen la mayora de los casos, es utilizar una conmutacin electrnica como la indicada en la FIG N3-26, en esta se utiliza una llave selectora colocada en cualquier parte del gabinete, esta llaveselecciona y enva al terminal correspondiente al canal deseado una tensin continua que lohabilita, adems al no polarizar los circuitos de conmutacin de los otros cristales, estospermanecen desconectados.

Para efectuar la conmutacin electrnica es conveniente colocar el cristal con unterminal a tierra. La conmutacin se realiza llevando a conduccin o no a un diodo (generalmenteDiodo Pin), para esto se utiliza el circuito compuesto por Capacitor-Resistencia-Capacitor-Choque esto constituye un limitador de corriente y filtro pasa bajo. La tensin continua que seutiliza para efectuar las conmutaciones, debe ser estable y estar totalmente libre de ruidos, para nomodular con esos ruidos al cristal. en definitiva la frecuencia del oscilador corresponder con ladel cristal cuyo diodo asociado est en estado de conduccin y el resto de los diodos estarn encircuito abierto.

En algunas oportunidades se suele colocar en paralelo con la inductancia L unaresistencia en paralelo, esto permite disminuir el Q de esta inductancia cuando es necesario, estopermite disminuir el corrimiento de frecuencia del cristal provocado por el circuito Inductacia-Varicap. El valor de esta resistencia es del orden de 1 a 2 Kohms.

Ajuste de la frecuencia de oscilacin

En muchas oportunidades es necesario disponer de algn modo para efectuar ligerosajustes en la frecuencia de resonancia del cristal, para corregir corrimientos y tolerancias, una


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forma muy utilizada para conseguir esto es colocando en serie o paralelo con el cristal uncapacitor variable de valor adecuado, esto se ve a continuacin:

Fig. N 3-27

Tanto en el circuito A como B de la FIG N 3-27, el capacitor variable CA debeajustar su valor segn la frecuencia de resonancia del cristal, el caso A es apto para cristales queoperan en resonancia paralelo, el caso B es apto para cristales que operan en resonancia serie.

Estabilidad en frecuencia y separacin entre etapas

En cualquier oscilador la frecuencia y amplitud de la seal de salida se ve afectada encierto grado por la impedancia de carga que presentar la etapa siguiente, resulta entonces unabuena prctica incluir una etapa separadora entre el oscilador y la etapa siguiente, tanto mascuanto mayor sea la tendencia de esta a variar. El amplificador separador deber presentar una

alta impedancia de entrada, para no cargar al oscilador y una impedancia de salida baja paraadaptarse a la etapa siguiente. De esta forma las variaciones en la carga no tendrn una influenciaimportante sobre la seal de salida. Una etapa operante en la configuracin colector comn odrenador comn satisfacen muchas de estas condiciones.

La estabilidad en frecuencia de un oscilador depende de diversos factores, como porejemplo:

1 - Cambios en la impedancia de carga.2 - Variaciones en la tensin de alimentacin.3 - Cambios provocados por variaciones en la temperatura.4 - Variaciones en el valor de componentes que determinan la frecuencia.

Los primeros problemas se evitan utilizando una etapa separadora y regulacin en lafuente de alimentacin. Los efectos por cambios en la temperatura se pueden reducir a un mnimoeligiendo convenientemente los componentes a utilizar y eventualmente con algn tipo decompensacin trmica. En casos extremos puede ser necesario trabajar al oscilador ubicndolo enuna cmara trmica que mantenga la temperatura constante.

La estabilidad en frecuencia mxima se obtiene utilizando osciladores controlados porun cristal, en estos segn el tipo de corte ser el corrimiento en frecuencia con la temperatura quepresentaran, por ejemplo el corte GT es prcticamente insensible a los cambios de temperatura,pero su frecuencia de operacin se limita a valores bajos, pudiendo llegar a unos pocos cientos de


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Khz. Los cristales mas utilizados en sistemas de comunicaciones son los de corte AT , estosoperan a frecuencia relativamente elevadas con corrimientos de frecuencia que pueden llegar aalgunas partes por milln, para cambios en la temperatura de aproximadamente entre -25 y +55 C.

Oscilador LC Controlado por un Cristal en Sobretono

A un oscilador Collpitts LC se le puede agregar un cristal piezoelctrico a fin deestabilizar la frecuencia de operacin. Un circuito tpico muy utilizado es:

Fig. N 3-28

La frecuencia de oscilacin de este circuito est determinada por L, C1

, C2

y CA,para que se establezcan oscilaciones debe estar conectada la base a masa, o el emisor a la uninC1-C2 ( puntos A y B ) para la RF. Se puede transformar este oscilador en un osciladorcontrolado por cristal, para esto se deber ubicar al cristal entre base y masa en lugar delcapacitor CB o entre el emisor y la unin C1-C2. En cualquiera de estos casos el cristal deberpresentar una baja impedancia a la frecuencia de operacin, para esto el cristal a utilizar deberfuncionar en resonancia serie, los cristales en sobretono generalmente funcionan en resonanciaserie, por lo que son especialmente aptos para este tipo de osciladores. De esta forma se puedenconstruir osciladores de alta frecuencia. Un ejemplo de oscilador sera:

Fig. N 3-29


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En este circuito a la frecuencia de resonancia del cristal, este va a presentar uncortocircuito por lo que quedar unido el punto A con el B, permitiendo que se establezcan lasoscilaciones, pero para cualquier otra frecuencia distinta, el cristal presentar un circuito abierto,no establecindose las oscilaciones. En definitiva el circuito slo oscilar cuando exista entre A yB un cortocircuito el que es presentado por el cristal. Obviamente el cristal deber presentar unafrecuencia de resonancia que coincida con la del circuito L, C 1 y C2.

Otra alternativa de conexin para el cristal seria colocarlo como muestra la figuraentre base y masa, esto es:

Fig. N 3-30

Este esquema es tambin muy utilizado para construir VCO (osciladores controladospor tensin). Una alternativa para este caso podra ser la siguiente:

Fig. N 3-31

Se ingresa con una tensin continua de control Va , esta a travs del choque Ch seaplica al varicap. Cuando se produce una variacin de esta tensin, se producirn variaciones en lacapacidad del varicap, por lo que variar la frecuencia de oscilacin, entonces eligiendoconvenientemente el valor de los componentes, se puede desplazar la frecuencia de oscilacindentro de un determinado rango, correspondiendo a cada valor de tensin Va un valor defrecuencia. Se puede ingresar tambin una seal alterna (audio) obtenindose una modulacin enfrecuencia. Este sera el caso tpico de un oscilador controlado por tensin y modulado enfrecuencia donde La frecuencia de salida depende del valor de la tensin Va. Este circuito es muyutilizado en equipos de comunicaciones, formando parte de un sintetizador de frecuencia PLL.En este ultimo caso la tensin Va es la encargada de mantener la frecuencia de oscilacin estable

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