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
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Otros Osciladores
Va
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 caracterÃstica de todo movimiento oscilatorio es el periodo , o sea, el tiempo que tarda el péndulo 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:
Donde:
T: Periodo del péndulo.
l: Longitud del péndulo.
g: Gravedad. ( m/s2 )
La voz se produce por la vibración de las cuerdas vocales. Si generamos la sufiente intensidad y frecuencia, podemos hacer que las moléculas de la materia vibren de tal forma , que rompan su estructura. Veremos un vÃdeo
Se
puede definir un oscilador como:
Circuitos que convierten una tensión CC en una salida de CA, que puede tener formas muy diferentes ( cuadrada, sinusoidales, dientes de sierra, etc ). La frecuencia de oscilación 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 energÃa en forma de campo electrostático y que produce un potencial (voltaje estático) a través de sus placas, mientras que la bobina inductiva almacena su energÃa en forma de campo electromagnético.
Cuando el interruptor se pone en la posición A, el condensador se carga
hasta la tensión de alimentación ( V ). Al cargarse completamente el
condensador , el interruptor cambia a la posición B.
En esta situación, el condensador está ahora conectado en paralelo con
la bobina inductiva, descargarse el condensador a través 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 electromagnético que atraviesa la bobina. Al descargarse completamente el condensador, el campo electrostático se almacena ahora en la bobina inductiva, L como campo electromagnético.
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 dirección
original.
Esta corriente carga el condensador pero ahora con la polaridad opuesta a su carga
original.
C continúa cargando hasta que la corriente se reduce a cero y el
campo electromagnético de la bobina se ha colapsado completamente.
La energÃa 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 tensión cambia a
medida que la energÃa se transmite de un lado a otro entre el condensador y
el inductor, produciendo una tensión sinusoidal de tipo CA y una forma de
onda de corriente.
Este 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 energÃa
desde el condensador, C al inductor, L y de vuelta de L a C se producen
algunas pérdidas de energÃa que decaen las oscilaciones a cero con el
tiempo.
El Oscilador Hartley
El diseño 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 obteniéndose asà oscilaciones sinusoidales
En el circuito básico 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 magnético y los campos que se generan en una bobina se "recogen" en la otra. A esto se llama acoplamiento
Si el acoplamiento electromagnético acumulativo entre L1 y L2 es
demasiado pequeño, la realimentación serÃa insuficiente y las oscilaciones
acabarÃan desapareciendo a cero.
Por otro lado, si la retroalimentación es demasiado grande, las
oscilaciones continuarÃan aumentando en amplitud hasta la distorsión
de la señal. Asà que se hace muy difÃcil "afinar" el oscilador.
Funcionamiento básico
Cuando el circuito está oscilando, la tensión en el punto A (colector),
en relación con la masa es de 180º respecto de la la tensión en el
punto B (base). A la frecuencia de oscilación, la impedancia de la carga del
colector es resistiva y un aumento de la tensión de base provoca una
disminución de la tensión del colector.
También hay un desfase de 180 grados de la tensión entre la base y el
colector y esto, unido a los 180 grados de desfase visto antes de las
bobinas, hace un bucle de realimentación de fase correcta y positiva,
que permiten que se mantengan las oscilaciones.
La cantidad de realimentación depende de la posición del "punto de tierra"
del inductor. Si se acerca al colector, L1 es mas pequeña que L2 aumenta
produciendo una variación entre la tensión inducida entre una y otra bobina
y modificando la realimentación. Esto hace que el sistema sea estable o
inestable.
El condensador C es variable y modifica la frecuencia de oscilación.
Esta frecuencia viene dada por
donde
C = Capacidad del condensador
Lt = L1 + L2 + 2M
M = K*√L1*L2 siendo K un valor que va desde 0 a 1
Cuando dos bobinas están
cerca una de otra, existe acoplamiento inductivo debido a que la
influencia de los campos magnéticos de una , influyen en la otra.
La relación de su inductancia mutuas se denomina por la letra M y tiene un valor de:
donde k es el coeficiente de acoplamiento, con valor comprendido entre 0 y 1 ( en el caso de que todo el flujo magnético 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 están diseñadas para que resuenen en paralelo con un condensador variable cuyo rango va desde los 100pF a 500pF. Determinarla frecuencia máxima y mÃnima de oscilación y el ancho de banda
Sol: Fl = 225 kHz, Fh = 503 kHz, ancho de banda = 278 kHz
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 través de una única bobina común, como se muestra en la figura. Se calculan los valores para que
XC1 + XC2 = XL
Vamos a tener una frecuencia de resonancia de valor
Donde Ce es la capacidad equivalente de los dos condensadores conectados en serie