INSTITUCION UNIVERSITARIA – ANTONIO JOSE CAMACHOINGENIERIA ELECTRONICA

ELECTRONICA III (GRUPO 902)PERIODO 1 DE 2015

TALLER No. 4 TEMA: FILTROS ACTIVOS, OSCILADORES Y GENERADORES DE SEÑAL

Elaborado por: Ing. Ricardo J. Murillo O.

ESTUDIANTES FECHA20/05/2015

Carlos Andres Guzman GRUPOEdwuin Ardila Pretel 902

Con base en el material trabajado independientemente, la documentación que sobre el respecto se tiene, solucione el siguiente taller sobre los temas propuestos: Osciladores y Generadores de señal, en grupo máximo de dos personas.

1. En que consiste el criterio de Barkhausen para osciladores

R/ El circuito de Barkhausen nos permite definir si el circuito puede oscilar y de qué manera lo hace, de acuerdo a su módulo |Av.B| de la siguiente manera:

Si |Av.B|<1 el circuito es estable.Si |Av.B|=1 cualquier oscilación se mantiene indefinidamente.Si |Av.B|>1 cualquier oscilación se amplifica hasta la saturación del elemento del circuito (ejemplo AoP)

El criterio de Barkhausen para osciladores consiste de los siguientes elementos:

La ganancia de un amplificador es función de la frecuencia, a frecuencias altas la ganancia comienza a disminuir por los efectos capacitivos del transistor y de los cables.

El desfase de las señales de entrada y salida también se ve modificado.Esta modificación entre la fase de la señal de entrada y de salida puede llegar a ser de tal magnitud que es capaz de convertir una retroalimentación negativa en una retroalimentación positiva.Es por esto que amplificadores realimentados negativamente pueden llegar a oscilar a ciertas frecuencias de entrada.

El funcionamiento de los osciladores armónicos esta soportado por la teoría de circuitos realimentados, con la condición de que la señal de entrada o de referencia es cero (no existe) y la retroalimentación es positiva.

Para cumplir con los criterios de oscilación de Barkhausen, debemos garantizar que la ganancia de lazo βAv debe ser en un inicio mayor a la unidad, esto con el fin de poder iniciar las oscilaciones y hacer que estas aumenten en amplitud (las oscilaciones son originadas por el ruido eléctrico, el cual presenta pequeños valores de amplitud).

Pero una vez se tenga una amplitud adecuada de las oscilaciones, la ganancia de lazo βAv debe hacerse igual a la unidad para evitar que el sistema se sature y se mantengan unas oscilaciones de amplitud constante.

2. Que tipo de osciladores existen y que tipo de señal generan

R/ Se tienen dos grandes grupos:

Osciladores Armónicos

Son circuitos realimentados positivamente en los que la energía fluye del elemento activo al elemento pasivo; la red de retroalimentación (red pasiva) determina la frecuencia de oscilación. Pueden producir señales sinusoidales con baja distorsión.Tienen como componentes tanto dispositivos activos (BJT, FET, OPAMP) como dispositivos pasivos (Resistencias, capacitores e inductores).

Contienen tres componentes básicos: Un amplificador, Una red para determinar la frecuencia de oscilación y una retroalimentación positiva

Dentro de los osciladores armónicos (senoidales) se encuentran distintos tipos de implementación, como son:

Los que utilizan elementos activos y una red pasiva RC(oscilador puente de Wien, oscilador de desplazamiento de fase, oscilador de cuadratura, oscilador sintonizado de filtro activo, etc.).

Los osciladores senoidales LC sintonizados (oscilador Colpitts, Hartley, Clapp),

Los osciladores de cristal

Osciladores de Relajación

No requieren de una red de retroalimentación. En ellos, la energía es permanentemente intercambiada entre los elementos activos y pasivos.

La frecuencia de oscilación esta determinada por una constante de tiempo (por ejemplo la constante de carga y descarga de un condensador).

Producen ondas que no son sinusoidales, tales como diente de sierra, triangular o cuadrada.

3. De acuerdo al esquema básico de los osciladores senoidales LC sintonizados,

calcule:

A) Calculo de la Ganancia de la red de realimentación (B ó β)

V ¿=z2

z2+z3 y β=

V ¿

V out

β=z2

z2+z3

B) Calculo de la Ganancia del amplificador (A ó Av)

ZL=Z1(Z2+Z3)Z1+Z2+Z3

V out=ZL

ZL+Zout

∗Av ( α ) V ¿

Av=V out

V ¿

AV=ZL

Z L+ZOUT

∗Av (α)

C) Ganancia de la malla (A.B o Av .β)

β∗Av=( Z2Z2+Z3 )(

Z L

ZL+ZOUT)∗AV (α )

¿ Av=( Z1∗Z2∗AV (α )Z1 ( Z2+Z3 )+ZOUT (Z1+Z2+Z3))

NOTA : Para exista resonancia dede icluirse capacitancias e inductancias cuyo valor Im .aI en magnitud y con fase opuesta.

4. Mediante una tabla indique los elementos Z1, Z2 y Z3, que conforman un oscilador LC sintonizado para los osciladores Hartley, Colpitts, Clapp y Cristal.

Tipo de oscilador Z1 Z2 Z3 Tipo de amplificador

Hartley LL

LC

CL

InversorNo inversor

Colpits CL

CC

LC

InversorNo inversor

Clapp C C LC (Serie) Inversor

Cristal Pierce C C XTAL Inversor

5. En el circuito Colpitts de la figura 1, calcular la frecuencia de oscilación (f0), verificar si el circuito cumple con los criterios de oscilación, determinar la ganancia de voltaje en bucla abierta asumiendo que gmin es 1000uS y Ymax es 50uS, Y garantizar que la constante de descarga del condensador C3, sea mucho mayor que el periodo de la señal que produce la oscilación

DATOS:z1=C1=400 p Fz2=C2=800 pFC3=180 p Fz3=L1=300 µHR6=100K Ω

C t=C1∗C2

C1+C2

C t=400 pF∗800 pF400 pF+800 pF

=266.66 p F

F0=1

2π √L1C t

F0=1

2π √300µH∗266.66 pF=17,79KH Z

Criterio *B|≥1

B=Z2

Z1+Z3=

C2

C2+L1= 800 pF800 pF+300 µH

=2,66 x10−3

Av (α )=− ym∗V o dondeV 0=1

ymax

Av (α )=−1000 µF∗1500µF

=−20

Así:

A∗B=−Z2Z1

∗Av (α )=−800400

∗−20=40amplificador inversor

Es decir, que se cumple |A*B|≥1

De ésta forma:

τ descarga=C3∗R6=180 pF∗100KΩ=18 µs

T oscilación=1F0

= 1562,70KHz

=1,8 µs

6. Para el oscilador Hartley de la figura 2 Definir si el circuito de la siguiente figura puede oscilar y cuál sería la frecuencia de oscilación.

240 pF

Z1=75,14µHZ2=24,86µHZ1=C1=240 p F

A∗B=−Z2Z1

∗AV ( oc )

Av (oc )=− y M

ymax

=−1500 µs10 µs

=−150

Así,

A∗B=−24,86µH75,14µH

∗−150=49,6

Se cumple que |A*B|≥1

wo=1

√C1∗¿= 1

√(240+100 ) µF=9,99KHz

7. Dibujar el equivalente en DC y en AC del circuito de la figura 3 , Calcular La ganancia de voltaje del amplificador en configuración colector común y en circuito abierto (sin la red de realimentación)….

Equivalente en DC

R1=100 KΩ

L1=100 µH

R1

R4

R3+R2

L2

Vcc

Equivalente en AC

8. Explicar el funcionamiento de los circuitos de las figuras 7, 10 y 19 del material correspondiente a osciladores y generadores de señal con amplificadores operacionales

El circuito de la figura 7 contiene 2 AOP. El primero tiene una configuración que incluye un comparador que puede funcionar como un disparador Smitt, que genera una onda cuadrada.La salida del disparador continua hacía una integración, la cual convierte la onda cuadrada en una onda triangular. Esta onda sirve para exitar el disparador Schmitt por una realimentación.

El circuito de la figura 10 es un oscilador de corrimiento de fase práctico, cuenta con una red de retroalimentación con resistencias de 15 KΩ y capacitores de 25 µF. Encontramos 2 AOP Lm 348 con configuraciones de buffer e inversor de voltaje.Cuenta con dos interruptores llamados Space, que habilitan la retroalimentación con los diodos que controlan la amplitud de una onda sinusoidal, desfasado 180° gracias al corrimiento de fase empleado al inicio, que al final es la señal de salida.

El circuito de la figura 19 es un generador de funciones que cuenta con 3 AOP 741 configurados de la siguiente manera:

o El primer AOP es un comparador que genera una señal sinusoidal con una amplitud controlada por potenciómetros, que gracias a su configuración se convierte en un oscilador de puente de Wien.

o El segundo AOP es un disparador de Schmitt excitado por una onda sinusoidal del oscilador del puente de Wien, entregando una onda cuadrada de igual amplitud.

o El tercer AOP es un integrador que convierte la onda cuadrada en una onda triangular, que controla su tiempo de carga y descarga, por medio de un potenciómetro de 1 KΩ.

R6=33,3 kΩ

RH=6,8 hm

L1

100 µF

C1=100 pF