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Osciladores.

Se entiende por oscilador en general como algo que cambia de estado o posición a lo largo del tiempo. Veremos en el enlace de abajo dónde tenemos osciladores en la naturaleza, aparte de nuestros circuitos de electrónica

Mostrar/Ocultar Otros Osciladores

penduloVa y viene

Va y viene

Eso es un oscilador y lo encontramos desde el péndulo que vemos a nuestra izquierda hasta, el amortiguador del coche, etc

Una caracter√≠stica de todo movimiento oscilatorio es el  periodo , o sea,  el tiempo que tarda el p√©ndulo en volver a pasar por un punto en el mismo sentido.

En este caso, viene dado por También se define como el tiempo que tarda en hacerse una oscilación completa. Su valor viene determinado por:

periodo pendulo
Donde:
T: Periodo del péndulo.
l: Longitud del péndulo.
g: Gravedad.  ( m/s2 )

La voz  se produce por la vibraci√≥n de las cuerdas vocales. Si  generamos la sufiente intensidad y frecuencia, podemos hacer que las mol√©culas de la materia vibren de tal forma , que rompan su estructura.  Veremos un v√≠deo  

principios de un osciladorSe puede definir un oscilador como:

Circuitos que convierten una tensi√≥n CC  en una salida de CA, que puede tener formas muy diferentes ( cuadrada, sinusoidales, dientes de sierra, etc ). La frecuencia de oscilaci√≥n va a depender de los valores de los componentes

A modo gráfico, se puede representar como la carga y descarga de un condensador en una bobina. Su explicación es la siguiente:

El circuito tienen una  bobina inductiva, L y un condensador, C. El condensador almacena energ√≠a en forma de campo electrost√°tico y que produce un potencial (voltaje est√°tico) a trav√©s de sus placas, mientras que la bobina inductiva almacena su energ√≠a en forma de campo electromagn√©tico.

Cuando el interruptor se pone en la posici√≥n A, el condensador se carga hasta la tensi√≥n de alimentaci√≥n ( V ). Al cargarse completamente  el condensador ,  el interruptor cambia a la posici√≥n B.
En esta situaci√≥n, el condensador  est√° ahora conectado en paralelo con la bobina inductiva, descargarse el condensador  a trav√©s de la bobina. El voltaje en  C comienza a descender a medida que la corriente sube al pasar por la bobina.

Esta corriente ascendente crea un campo electromagn√©tico que atraviesa  la bobina.  Al descargarse completamente  el condensador, el campo electrost√°tico se almacena ahora en la bobina inductiva, L como campo electromagn√©tico.

Como  ahora no hay voltaje externo en el circuito para mantener la corriente dentro de la bobina, L   induce un f.e.m ( fuerza electro motriz ) en la bobina  de valor e = -Ldi/dt, provocando que la corriente  circule en la direcci√≥n original.
Esta corriente carga el condensador pero ahora con la polaridad opuesta a su carga original.

 C contin√ļa cargando hasta que la corriente se reduce a cero y el campo electromagn√©tico de la bobina se ha colapsado completamente.

La energía originalmente introducida en el circuito a través del interruptor, ha sido devuelta al condensador que de nuevo tiene un potencial de tensión electrostática a través de él, aunque ahora es de polaridad opuesta. El condensador ahora comienza a descargarse de nuevo a través de la bobina y todo el proceso se repite.

 La polaridad de la tensi√≥n cambia a medida que la energ√≠a se transmite de un lado a otro entre el condensador y el inductor, produciendo una tensi√≥n sinusoidal de tipo CA y una forma de onda de corriente.

damper oscillationEste proceso forma entonces la base de un circuito de tanque de osciladores LC y teóricamente este ciclo de ida y vuelta continuará indefinidamente. Sin embargo, las cosas no son perfectas y cada vez que se transfiere energía desde el condensador, C al inductor, L y de vuelta de L a C se producen algunas pérdidas de energía que decaen las oscilaciones a cero con el tiempo.

El Oscilador  Hartley

oscilador Hartley El dise√Īo del oscilador Hartley utiliza dos bobinas inductivas acopladas L1 y L2 en serie con un condensador paralelo que  formar su circuito tanque de resonancia produciendo y obteni√©ndose as√≠  oscilaciones sinusoidales

Oscilador  Hartley

En el circuito b√°sico del oscilador LC  anterior  es complicado  controlar la amplitud de las oscilaciones  junto con la dificultad de sintonizar el oscilador a la frecuencia requerida.

L1 y L2 forman parte del mismo sistema magn√©tico y los campos que se generan en una bobina se "recogen" en la otra. A esto se llama acoplamiento 

Si el acoplamiento electromagn√©tico acumulativo entre L1 y L2 es demasiado peque√Īo, la realimentaci√≥n ser√≠a insuficiente y las oscilaciones acabar√≠an desapareciendo a cero.

Por otro lado, si la retroalimentaci√≥n es demasiado  grande, las oscilaciones continuar√≠an aumentando en amplitud hasta la distorsi√≥n  de la se√Īal. As√≠ que se hace muy dif√≠cil "afinar" el oscilador.

Funcionamiento b√°sico

Cuando el circuito est√° oscilando, la tensi√≥n en el punto A (colector), en relaci√≥n con la masa  es de 180¬ļ respecto de la la tensi√≥n en el punto B (base). A la frecuencia de oscilaci√≥n, la impedancia de la carga del colector es resistiva y un aumento de la tensi√≥n de base provoca una disminuci√≥n de la tensi√≥n del colector.

Tambi√©n hay un desfase de 180 grados de la tensi√≥n entre  la base y el colector y esto, unido a los 180 grados de desfase visto antes de las bobinas, hace un bucle de realimentaci√≥n de fase correcta y  positiva, que permiten  que se mantengan las oscilaciones.
La cantidad de realimentaci√≥n depende de la posici√≥n del "punto de tierra" del inductor. Si se acerca al colector, L1 es mas peque√Īa que L2 aumenta produciendo una variaci√≥n entre la tensi√≥n inducida entre una y otra bobina y modificando la realimentaci√≥n. Esto hace que el sistema sea estable o inestable.

El condensador C es variable y modifica la frecuencia de  oscilaci√≥n.

Esta frecuencia viene dada por

frecuencia oscilador hartley

donde

C = Capacidad del condensador

Lt = L1 + L2 + 2M

M = K*‚ąöL1*L2 siendo K un valor que va desde 0 a 1

 

Mostrar/Ocultar Coeficiente de acoplamiento

acoplamiento de bobinasCuando dos bobinas est√°n cerca  una de otra, existe acoplamiento inductivo debido a que la influencia de los campos magn√©ticos de una , influyen en la otra.

La relaci√≥n de su inductancia mutuas se denomina por la letra  M  y tiene un valor de:

inductancia mutua

donde k es el coeficiente de acoplamiento, con  valor comprendido  entre 0 y 1 ( en el caso de que  todo el flujo magn√©tico  producido por una de las  bobinas se  recoge en las espiras de la otra bobina )

Si las bobinas están en serie y los campos magnéticos de una y otra bobina se suman, el valor de la inductancia total es

L = L1 + L2 + 2M (henrios)

Si los campos magnéticos se oponen, el valor de L es

L = L1 + L2 - 2M (henrios)

Actividad 1

Un oscilador Hartley  tiene dos bobinas individuales ( k = 0 ) de valor  0.5mH  cada una y est√°n dise√Īadas para que resuenen en paralelo con un condensador variable cuyo rango va desde los  100pF  a  500pF. Determinarla frecuencia m√°xima y m√≠nima de oscilaci√≥n y el ancho de banda

Sol: Fl = 225 kHz, Fh = 503 kHz, ancho de banda = 278 kHz

Oscilador Colpitts

 

Oscilador Colpitts

 

 

El oscilador de Colpitts es  muy parecido al Hartley con la diferencia que en el circuito tanque tenemos dos condensadores y una bonina.  Los dos condensadores C1 y C2 se colocan a trav√©s de una  √ļnica bobina com√ļn, como se muestra en la figura. Se calculan los valores para que

 XC1 + XC2 = XL

Vamos a tener una frecuencia de resonancia de valor

frecuencia resonancia colpitts

Donde Ce es la capacidad equivalente de los dos condensadores conectados en serie

Dise√Īo PCB

Ciclo de Grado Medio Instalaciones de Telecomunicaciones. Ies Mare Nostrum. M√°laga