Oscilador electrónicoUn oscilador electrónico es un circuito electrónico que produce una señal electrónica repetitiva, a menudo una onda senoidal o una onda cuadrada.

Un oscilador de baja frecuencia (o LFO) es un oscilador electrónico que engendra una forma de onda de C.A. entre 0,1 Hz y 10 Hz. Este término se utiliza típicamente en el campo de sintetizadores de audiofrecuencia, para distinguirlo de un oscilador de audiofrecuencia.

Tipos de oscilador electrónicos[editar]

Hay dos tipos principales de oscilador electrónico: el oscilador armónico y el oscilador de la relajación.

Oscilador armónico[editar]

El oscilador armónico produce una onda sinusoidal a la salida.

La forma básica de un oscilador armónico es un amplificador electrónico cuya salida está conectada a un filtro electrónico de banda estrecha; la salida del filtro es conectada a su vez a la entrada del amplificador.

Cuando se enciende el amplificador, el ruido alimenta el amplificador, cuya salida es filtrada y reaplicada a la entrada, hasta que fenómenos no lineales impiden que la realimentación continúe hasta el infinito.

Un cristal piezoeléctrico (comúnmente de cuarzo) se puede integrar en el circuito para estabilizar la frecuencia de la oscilación, dando resultado un oscilador de cristal u Oscilador Pierce.

Existen varios tipos de osciladores armónicos, dadas las diferentes maneras de amplificar y filtrar. Por ejemplo:

Oscilador LC

Oscilador Hartley

Oscilador Colpitts

Oscilador Clapp

Oscilador Pierce

Oscilador de cambio de fase

Oscilador LC

Curvas de tensión en un oscilador LC.

Un oscilador LC está formado por una bobina y un condensador en paralelo. Su funcionamiento se basa en el almacenamiento de energía en forma de carga eléctrica en el condensador y en forma de campo magnético en la bobina.

Funcionamiento del circuito[editar]

El condensador, en un tiempo igual a cero, ofrece una impedancia cercana a cero ohmios, por lo que permite que fluya una gran corriente a través de él, la cual va disminuyendo hasta que sus placas sean llenadas de tantascargas positivas y negativas como lo permita el tamaño de las mismas y la permitividad eléctrica del aislante que hay entre ellas.

En este instante el condensador actúa como un aislante, ya que no puede permitir más el paso de la corriente, y se crea un campo eléctrico entre las dos placas, que es el que crea la fuerza necesaria para mantener almacenadas las cargas eléctricas positivas y negativas, en sus respectivas placas.

Por otra parte, en un tiempo igual a cero la bobina posee un impedancia casi infinita, por lo que no permite el flujo de la corriente a través de ella y, a medida que pasa el tiempo, la corriente empieza a fluir, creándose entonces uncampo magnético proporcional a la magnitud de la misma. También la oposición que hace la bobina, al paso de la corriente eléctrica, empieza a disminuir a medida que transcurre el tiempo. El condensador, que en principio

permitía a los electrones salir de una placa, y entrar en la otra, va reduciendo esta capacidad con el paso del tiempo.

Al estar el condensador y la bobina en paralelo, la energía almacenada por el campo eléctrico del condensador (en forma de cargas electrostáticas), es absorbida por la bobina, que la almacena en su campo magnético, pero a continuación es absorbida y almacenada por el condensador; nuevamente en forma de campo eléctrico; para ser nuevamente absorbida por la bobina, y así sucesivamente. Esto crea un vaivén de la corriente (cargas eléctricas) entre el condensador y la bobina. Este vaivén constituye una oscilación electromagnética, en la cual el campo eléctrico y el magnético son perpendiculares entre sí, que cuando el campo magnético de la bobina esta en su punto máximo, el campo eléctrico almacenado en el condensador es cero, y que cuando el campo eléctrico en el condensador es máximo, no existe campo magnético en la bobina.

Por definición, un electrón tiene un campo eléctrico asociado a él, debido a las cargas eléctricas fundamentales que lo componen. Cuando los electrones están almacenados en las placas del condensador, están en forma de carga estática, o sea, una placa tiene un excedente "X" de electrones (esta placa es la negativa), y la otra placa tiene una carencia "X" de electrones (esta placa es la positiva). Cuando la bobina empieza a permitir el flujo de electrones a través de ella, empiezan a moverse los electrones desde la placa negativa (la que tiene electrones en excedencia), hacia la placa positiva (la que tiene carencia de electrones con respecto a la negativa). Cuando un electrón se mueve, se crea un campo magnético asociado a este, perpendicular a la dirección del movimiento. Al tener el electrón un campo eléctrico, y ahora al moverse, un campo magnético, se llama de esta forma, un campo electromagnético.

El campo magnético solo existe cuando los electrones están movimiento, partiendo desde la placa negativa del condensador, hacia la placa positiva, a través de la bobina. Una vez que se ha movido una cierta cantidad de electrones, haciendo que haya la misma cantidad de electrones en ambas placas, logrando así el equilibrio; en este momento se reduce a 0 voltios la diferencia de potencial en el condensador (y en la bobina, al estar está conectada en paralelo). En este momento al cesar el movimiento de los electrones, se detiene entonces la producción del campo magnético en la bobina, por lo que el campo magnético previamente producido por dicha bobina, colapsa sobre ella, produciendo una auto-inducción de voltaje con polaridad opuesta. En este momento entonces, el voltaje auto-inducido por la bobina, crea una fuerza electromotriz que provoca el movimiento de los electrones, desde la placa que antes era la positiva (la que carecía de electrones, que luego se equilibró), hacia la que antes era la negativa (la que tenía electrones en excedencia, que luego los cedió y logró su equilibrio). De esta forma la bobina carga al condensador con polaridad opuesta, hasta que ésta haya agotado y consumido por completo su campo magnético. A partir de aquí, se repite el ciclo nuevamente.

Cabe aclarar que en cada ciclo o vaivén de carga y descarga, hay perdidas debido a la resistencia eléctrica del conductor que conforma la bobina, y a las fugas del dieléctrico que conforma al condensador. Por lo que en cada ciclo, el voltaje al que se carga el condensador ira siendo menor, hasta agotarse con el tiempo. Es por eso que se necesitan circuitos electrónicos amplificadores, que reponen el voltaje perdido, para mantener las oscilaciones constantes y por tiempo indefinido.

Frecuencia de la oscilación[editar]

La característica de este tipo de circuito, también conocido como circuito tanque LC, es que la velocidad con que fluye y regresa la corriente desde el condensador a la bobina o viceversa, se produce con una frecuencia (f) propia, denominada frecuencia de resonancia, que depende de los valores del condensador (C) y de la bobina (L), y viene dada por la siguiente fórmula:

donde:

f se mide en Hercios, C en Faradios y L en Henrios.

Oscilador HartleyEl 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.

Índice

  [ocultar] 

1 Estructura

2 Análisis

3 Características

4 Circuito práctico

5 Véase también

6 Enlaces externos

Estructura[editar]

Oscilador Hartley

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, o bien cambiando la relación entre L1 y L2 variando una de ellas como en los receptores Collins; a esta última técnica se la llama "sintonía por permeabilidad".

El circuito de polarización se diseña de tal forma que afecte lo menos posible al circuito de oscilación, para ello se pueden emplear condensadores de desacoplo, choques de radiofrecuencia, etc. Esta es la razón por la cual en la imagen no se dibujan.

Análisis[editar]

A partir de los criterios de Barkhausen y del modelo equivalente de parámetros h del transistor se pueden obtener las siguientes expresiones que describen el comportamiento de un oscilador Hartley:

Frecuencia de oscilación:

Condición arranque:

si el transistor utilizado es un BJT:

si el transistor utilizado es un FET:

Características[editar]

Ventajas:

Puede tener fácilmente una frecuencia variable.

Amplitud de salida constante.

Desventajas:

Gran contenido en armónicos.

No obtiene una onda senoidal pura.

Oscilador Colpitts

Oscilador Colpitts práctico.

El oscilador Colpitts es un circuito electrónico basado en un oscilador LC diseñado por Edwin H. 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. Su estabilidad es superior a la del oscilador Hartley.

Para 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 L1 (choke) se utiliza para evitar que la señal alterna pase a la fuente Vcc. 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. La frecuencia de oscilación de este tipo de oscilador está dada por:

Aunque es excelente a frecuencias bajas,

donde:

Entonces el cálculo es:

Notas:

Índice

  [ocultar] 

1 Análisis

2 Realización

3 Véase también

4 Enlaces externos

Análisis[editar]

A partir de los criterios de Barkhausen y del modelo equivalente del transistor se pueden obtener las siguientes expresiones:

Frecuencia de oscilación:

Condición arranque para que el circuito empiece a oscilar espontáneamente es la siguiente:

si el transistor utilizado es un BJT:

si el transistor utilizado es un FET:

Realización[editar]

En la práctica, para evitar derivas en frecuencia por el calentamiento de los componentes, los osciladores Colpitts son realizados con condensadores NP0, o sea, cuyos coeficientes de temperatura son prácticamente cero. Los condensadores cerámicos deben evitarse, porque su coeficiente de temperatura es sumamente elevado.

Por otro lado, la inductancia no debe ser muy pequeña. Valores prácticos de condensadores de osciladores Colpitts son del orden de los 560 pF.

Oscilador ClappEl oscilador Clapp, inventado por James Kilton Clapp en 1948,1 es una de las numerosas

configuraciones posibles de unoscilador electrónico. Es similar al Seiler, 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.

Frecuencia de oscilación:

Condición arranque para que el circuito empiece a oscilar espontáneamente es la siguiente:

si el transistor utilizado es un BJT:

Se puede perfeccionar el oscilador Clapp sustituyendo la bobina L y el condensador C0 por

un cristal de cuarzo.

Oscilador Pierce

El oscilador Pierce es un oscilador en el cual el circuito resonante LC es reemplazado por un

cristal de cuarzo, X en la figura.

El modelo de un cristal de cuarzo puede describirse por un circuito equivalente, compuesto de la

conexión en paralelo entre:

una inductancia L, a su vez en serie con una resistencia R y un condensador C1, y

un condensador C2

El cristal de cuarzo tiene un factor Q (factor de mérito o factor de calidad) sumamente elevado. Con

él se pueden obtener frecuencias estables del orden de las partes por millón.Sus principales

ventajas radican en su capacidad de trabajo en altas frecuencias y en mantener estable su

frecuencia de trabajo.

Oscilador RFUn oscilador RF es un dispositivo electrónico que genera una tensión oscilante a frecuencias típicas de radiofrecuencia.

Características de un buen oscilador RF[editar]

Lo que se le pide a un oscilador RF es:

que arranque automáticamente al conectarlo.

que sea estable en frecuencia ante fenómenos como vibraciones, cambios de

temperatura, cambios en la tensión de alimentación, etc.

que cuando sea de frecuencia variable, varíe su frecuencia de manera repetitiva

que cuando sea de frecuencia variable, llegue rápidamente a la nueva frecuencia

que cuando se le conecte otro componente electrónico a la salida, la carga no genere un

cambio en la frecuencia

que tenga poca distorsión

que tenga bajo ruido de fase.

Tipos de osciladores RF[editar]

Los osciladores de radiofrecuencia pueden ser de varios tipos. Los más comunes son:

Osciladores Pierce, a cuarzo o cerámicos

Osciladores LC : Hartley, Colpitts , Vackar, Seiler, Clapp

Osciladores por frecuencia sintetizada

Cada uno tiene sus ventajas y desventajas. Los osciladores Pierce a cuarzo utilizan un cristal de cuarzo, el cual una vez en resonancia confiere al circuito una gran estabilidad en frecuencia, pero exactamente por ese motivo es difícil obtener osciladores de frecuencia variable: las excursiones de frecuencia son limitadas.

Cuando el oscilador Pierce usa un componente cerámico en vez de un cristal de cuarzo, entonces las excursiones de frecuencia son algo más importantes, pero eso se logra a costa de la estabilidad en frecuencia. También son más sensibles a la temperatura.

Los osciladores LC son más sencillos, y variando la capacitancia o la inductancia de algunos componentes es posible obtener osciladores variables. Sin embargo, la construcción mecánica es delicada, y más allá de los 15 MHz son bastante inestables: la frecuencia "deriva". Algunos, como el Hartley, tienen un contenido de armónicos muy rico, lo que obliga a filtrar cuidadosamente la señal para eliminar esos armónicos. El Colpitts es sumamente utilizado. ElVackar es muy estable pero requiere en su versión original algunos componentes muy caros o difíciles de obtener. El Seiler y el Clapp son mejoras del Colpitts.

Los osciladores por frecuencia sintetizada son producidos por circuitos integrados especiales. Sin embargo, esos circuitos integrados son caros y difíciles de soldar, lo que limita su uso en los proyectos del radioaficionado menos equipado. Además, codificar una frecuencia suele requerir un microprocesador para controlarlo, lo cual complica el diseño. Finalmente, estos

sintetizadores de frecuencia suelen intr oducir un molesto ruido de fase.