CIRCUITOS GENERADORES DE RADIOFRECUENCIA

MAURICIO MONTAÑO 1363394LEONARDO MORENO 1363322

CONCEPTO GENERAL• GENERADORES DE RADIO FRECUENCIA (RF). Los generadores de

radio-frecuencia son instrumentos que producen señales semejantes a las del radio, para verificar el equipo de transmisión y recepción de la comunicación por este mismo medio. El término radio-frecuencia, también denominado espectro de radio-frecuencia o RF, se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre unos 3KHz y unos 300GHz. Las ondas electromagnéticas de esta región del espectro se pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un generador a una antena.

OSCILACIÓN Se denomina oscilación a una variación, perturbación o fluctuación en el tiempo de un medio o sistema. Si el fenómeno se repite, se habla de oscilación periódica. En otros campos de estudio, es el movimiento repetido de un lado a otro en torno a una posición central, o posición de equilibrio. Se denomina “ciclo” El número de ciclos por segundo, o hercios (Hz), se conoce como frecuencia de la oscilación empleada en el MAS (Movimiento Armónico Simple).Una oscilación en un medio material es lo que crea el sonido. Una oscilación en una corriente eléctrica que crea una onda electromagnética.

CLASES DE OSCILACIONES• Oscilación libre: El caso en que un sistema reciba una única

fuerza y oscile libremente hasta detenerse por causa de la amortiguación.

• Oscilación amortiguada: En la naturaleza existe lo que se conoce como fuerza de fricción (o rozamiento), que es el producto del choque de las partículas (moléculas) y la consecuente transformación de determinadas cantidades de energía en calor. Ello resta cada vez más energía al movimiento (el sistema oscilando), produciendo finalmente que el movimiento se detenga. Esto es lo que se conoce como oscilación amortiguada.

Oscilación Auto-sostenida:Si logramos continuar introduciendo energía al sistema, reponiendo la que se pierde debido a la amortiguación, logramos lo que se llama una oscilación auto-sostenida.

Oscilación forzada:Las oscilaciones forzadas resultan de aplicar una fuerza periódica y de magnitud constante (llamada generador G) sobre un sistema oscilador (llamado resonador R). En esos casos puede hacerse que el sistema oscile en la frecuencia del generador (ƒg), y no en su frecuencia natural (ƒr). Es decir, la frecuencia de oscilación del sistema será igual a la frecuencia de la fuerza que se le aplica.

CIRCUITO RLC (SERIE, PARALELO)• Un circuito RLC es un circuito lineal que contiene una resistencia

eléctrica, una bobina (inductancia) y un condensador (capacitancia). Existen dos tipos de circuitos RLC, en serie o en paralelo, según la interconexión de los tres tipos de componentes. El comportamiento de un circuito RLC se describen generalmente por una ecuación diferencial de segundo orden (en donde los circuitos RC o RL se comportan como circuitos de primer orden). Con ayuda de un generador de señales, es posible inyectar en el circuito oscilaciones y observar en algunos casos el fenómeno de resonancia, caracterizado por un aumento de la corriente (ya que la señal de entrada elegida corresponde a la pulsación propia del circuito, calculable a partir de la ecuación diferencial que lo rige).

RC RL

CIRCUITO RLC EN SERIE:Si un circuito RLC en serie es sometido a un escalón de tensión E, la ley de las mallas impone la relación:

E es la fuerza electromotriz de un generador, en Voltios (V);uC es la tensión en los bornes de un condensador, en Voltios (V);L es la inductancia de la bobina, en Henrios (H);i es la intensidad de corriente eléctrica en el circuito, en Amperios (A);q es la carga eléctrica del condensador, en Coulombs (C);C es la capacidad eléctrica del condensador, en Faradios (F);Rt es la resistencia total del circuito, en Ohmios (Ω);t es el tiempo en segundos (s)

CIRCUITO RLC PARALELOAtención, la rama C es un corto-circuito: de esta manera no se pueden unir las ramas A y B directamente a los bornes de un generador E, se les debe adjuntar una resistencia.

Las dos condiciones iniciales son:

conserva su valor antes de la puesta en tensión (porque la inductancia se opone a la variación de corriente). conserva su valor antes de la puesta en tensión

En el caso de un régimen sin pérdidas, esto es para Rt= 0 , se obtiene una solución de la forma:

Utilización de los circuitos RLCLos circuitos RLC son generalmente utilizados para realizar filtros de frecuencias, o de transformadores de impedancia. Estos circuitos pueden entonces comportar múltiples inductancias y condensadores: se habla entonces de “Red LC".Un circuito LC simple es denominado de segundo orden porque su función de transferencia comporta un polinomio de segundo grado en el denominador.

TIPOS DE OSCILADORES

Los osciladores de alta frecuencia de onda senoidal que comúnmente se utilizan en radio para el control de frecuen cia, son osciladores auto controlados de redes LC. Esto quie re decir que se trata de un amplificador realimentado con una red de bobinas y condensadores, la cual nos determina la frecuencia de oscilación del conjunto.

OSCILADORES LCLos osciladores LC son circuitos osciladores que utilizan un circuito tanque LC para los componentes que determinan la frecuencia. La operación del circuito tanque involucra un intercambio de energía entre cinética y potencial. La figura 1.1 ilustra la operación del circuito tanque LC. Como se muestra en la figura 1-1a, una vez que la corriente se inyecta en el circuito (instante t1), se intercambia la energía entre el inductor y el capacitor, produciendo un voltaje de salida de ca correspondiente (por tiempos t2 a t4) La forma de onda de voltaje de salida se muestra en la figura 1.1b.

Figura 1 Circuito tanque LC: (a)acción del oscilador y efecto del volante; (b) Forma de onda de salida

La frecuencia de operación de un circuito tanque l c es simplemente la frecuencia de resonancia de la red lc en paralelo y el ancho de banda es una función del q del circuito. matemáticamente, la frecuencia de resonancia de un circuito tanque lc con q = 10 se le puede aproximar por

Los osciladores LC incluyen los osciladores hartley y colpitts.

• Oscilador Hartley • Oscilador Colpitts

1f 0

2 (LC )

en donde L = L 1 a + +2M y C=C1

L 1 b

1f 0

2 (LC )

en donde L = L1

C C1a C1b

C1a C1b

OSCILADOR HARTLEY• Es un circuito electrónico basado en un oscilador LC. Se trata de un

oscilador de alta frecuencia que debe obtener a su salida una señal de frecuencia determinada sin que exista una entrada.

• Ventajas:• Puede tener fácilmente una frecuencia variable.• Amplitud de salida constante.• Desventajas:• Gran contenido en armónicos.• No obtiene una onda senoidal pura.

• El circuito básico usando un transistor bipolar, considerando sólo el circuito de oscilación, consta de un condensador entre la base y el colector (C) y dos bobinas (L1 y L2) entre el emisor y la base y el colector respectivamente. La carga se puede colocar entre el colector y L2. En este tipo de osciladores, en lugar de L1 y L2 por separado, se suele utilizar una bobina con toma intermedia. Para poder ajustar la frecuencia a la que el circuito oscila, se puede usar un condensador variable, como sucede en la gran mayoría de las radios que usan este oscilador

Fig.(1)

FUNCIONAMIENTO • Este circuito utiliza una bobina con derivación central. (fig1), se ve que el

punto de derivación X de la bobina L1, estará puesto a tierra para corriente alterna (c.a.)

(a la frecuencia de oscilación) a través del condensador C2. De esta manera se logra que los extremos A y Z de la bobina estén 180° fuera de fase(funciona como un inversor).• El extremo Z se realimenta a la base del transistor a través de C1, haciendo

que éste (el transistor) cambie de estado, esto a su vez cambia las polaridades en los extremos de la bobina, repitiéndose el proceso y produciéndose así la oscilación (ciclo) La función de la bobina L2 es de choque de R.F. y evita que la señal del oscilador pase a la fuente de alimentación.

OSCILADOR COLPITTS• Se trata de un oscilador de alta frecuencia que debe obtener a su salida

una señal de frecuencia determinada sin que exista una entrada de ser mayor a 1MHz

Su estabilidad es superior a la del oscilador Hartley.

FUNCIONAMIENTOPara poder lograr la oscilación este circuito utiliza un divisor de tensión formado por dos condensadores: C1 y C2. De la unión de estos condensadores sale una conexión a tierra. De esta manera la tensión en los terminales superior de C1 e inferior de C2 tendrán tensiones opuestas. La realimentación positiva se obtiene del terminal inferior de C2 y es llevada a la base del transistor a través de una resistencia y un condensador. La bobina L2 (choke) se utiliza para evitar que la señal alterna pase a la fuente DC. Este oscilador se utiliza para bandas de VHF (Very High Frecuency), frecuencias que van de 30 Mhz a 300 Mhz. A estas frecuencias sería muy difícil utilizar el oscilador Hartley debido a que las bobinas a utilizar serían muy pequeñas.

OSCILADOR CLAPP• Con una modificación del Oscilador Colpitts, en el cual se

pone un condensador en serie con la bobina del circuito resonante.

• La inductancia L es parcialmente compensada por la reactancia del condensador C0. Eso permite inductancias más elevadas que elevan el factor Q (también llamado factor de calidad o factor de mérito) de la bobina, lo que permite a su vez que el oscilador sea más estable y tenga un ancho de banda más estrecho.

FORMULA DEL CLAPP

• Los condensadores variables C1y C2 son utilizados para el ajuste de voltaje deseado por la retroalimentación.

La frecuencia de oscilación de este circuito corresponde:

Frecuencia de oscilación:

OSCILADOR DE CRISTAL• El oscilador de cristal se caracteriza por su estabilidad de

frecuencia y pureza de fase, dada por el resonador. lo cual quiere decir que oscila a unas determinadas frecuencias con una amplitud más grande que a las otras.

• La frecuencia es estable frente a variaciones de la tensión de alimentación. La dependencia con la temperatura depende del resonador, pero un valor típico para cristales de cuarzo es de 0' 005% del valor a 25 °C, en el margen de 0 a 70 °C.

• Estos osciladores admiten un pequeño ajuste de frecuencia, con un condensador en serie con el resonador, que aproxima la frecuencia de este, de la resonancia serie a la paralela. Este ajuste se puede utilizar en los VCO (oscilador controlado por tensión) para modular su salida.

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