Objetivos
Estudiar los criterios para la existencia de oscilaciones en circuitos
Perspectiva “teórica”: Criterio de Barkhausen
Perspectiva “práctica”: Criterios ingenieriles
Osciladores
Relajación (ondas cuadradas, triangulares, etc.)
Sinusoidales
Puente de Wien, Colpitts, Hartley
Corrimiento de Fase (Phase-Shift)
Técnicas AGC (Automatic Gain Control)
Precisión: Cristal de Cuarzo (XTAL)
Osciladores: Clasificación
Dos “sabores”
Relajación
Forma de onda no-lineal
Varias componentes de frecuencia
Dispositivos “trabajan” en zonas no lineales la mayor parte del tiempo
Ejemplo: clase 18
Ondas “cuadradas” (afectadas por la Slew Rate del OPAMP)
Dos “sabores”
Sinusoidales
Búsqueda de componente de frecuencia “pura”
Debe “seleccionarse” frecuencia característica del sistema
Dispositivos deben trabajar en zona lineal de operación
No linealidad implica la existencia de componentes de frecuencia distintos a la seleccionada
Osciladores: Características
Características
No se requiere de señal externa
Oscilación es mantenida por el sistema
Alimentación externa
Retroalimentación
Sistema impone “constantes de tiempo”
Red de retroalimentación: frecuencia de la oscilación
Conmutación dispositivos
Lineal: Restricción para máxima frecuencia de operación
No lineal: Velocidad en las transiciones
Osciladores Sinusoidales: “Requisitos Estructurales”
Asimetrías: Provocan la generación de la “señal original”
Frecuencia de Oscilación: Retroalimentación “selectiva” en frecuencia
Red de retroalimentación debe ser “filtro”: Sólo “pasa” a través de él componente de frecuencia específica
Existencia de “pérdidas” ? atenuación de la oscilación
Oscilación sostenida
Sistema debe “balancear” las pérdidas de amplitud
Es necesaria amplificación “criteriosa”
Relación Atenuación-Ganancia
Ganancia “grande” ?oscilación “no lineal” (relajación)
Ganancia “pequeña” ?oscilación amortiguada (no-permanente)
Osciladores Sinusoidales: Criterios
Criterios para oscilaciones permanentes
Objetivo:
Señal “original” circula “eternamente” a través del circuito, sin mediar señal externa y sólo con alimentación
Criterio “Matemático” Estricto
Condiciones Necesarias para la “vida eterna de la señal”
Ganancia: “Para que exista una oscilación permanente, la atenuación (o pérdida) en el lazo de retroalimentación debe ser exactamente compensada por la ganancia de la etapa de amplificación”
Desfase: “Para que exista una oscilación permanente, cualquier desfase introducido por el lazo de retroalimentación debe ser cancelado exactamente por la etapa de amplificación”
Criterio Ingenieril
Parámetros del circuito son conocidos sólo con cierta precisión, cambian ante condiciones externas y a través del paso del tiempo
Condición matemática “exactamente” debe analizarse cuidadosamente
Osciladores: Jerga
Criterio Matemático Estricto
Lo denominaremos “Criterio de Barkhausen”
En sentido estricto el Criterio de Barkhausen está asociado a retroalimentación negativa, mientras que el criterio definido anteriormente es de carácter general
El criterio de Barkhausen ha tenido tradicionalmente una interpretación “oscura” (desde mi particular y acotada perspectiva): “Si la ganancia de lazo (denominador de la ganancia de lazo cerrado) “A?+1” se hace “cero” entonces la ganancia es “infinita” y “puede” sostenerse una oscilación permamente
El “bautizo” es en honor del pionero en este tipo de análisis
Resto de la Clase: “Roadmap”
En primer lugar estudiaremos un par de redes de retroalimentación “selectivas en frecuencia”, es decir filtros
Luego analizaremos desde perspectivas “interesantes” al oscilador Puente de Wien
Retroalimentación positiva y negativa
“Criterio Ingenieril”
“Dejo ganar a la retroalimentación positiva al principio pero cuando intenta ponerse no lineal dejo ganar a la negativa”
Principio de AGC
Finalmente los osciladores de corrimiento de Fase
Filtro LC básico: Respuesta en Frecuencia (I)
Frecuencias “altas”Impedancia de condensador “pequeña” en paralelo con impedancia de inductancia “alta “? impedancia LC “baja” ? divisor de tensión con R entrega salida pequeña ? Existe Atenuación
Frecuencias “bajas”Impedancia de condensador “alta” en paralelo con impedancia de inductancia “baja “? impedancia LC “baja” ? divisor de tensión con R entrega salida pequeña ? Existe Atenuación
ConclusiónDebe existir frecuencia “entre medio” donde la atenuación es menor ? Tenemos un Filtro pasabanda
Gran Atenuación fuera de la “banda de paso”: 40dB/década
¡¡¡Factor de Calidad Q Notable!!!
Filtro LC básico: Respuesta en Frecuencia (II)
Ganancia dB
Desfase: º sexagesimales
Filtro LC básico: Respuesta a Pulso (I)
Existencia de elementos Resistivos provoca pérdidas en el circuito
Notar que la constante de tiempo de amortiguación es proporcional a RC? selección cuidadosa de C
Filtro LC básico: Respuesta a Pulso (II)
¿Qué pasa si aplicamos un pulso a la entrada?
Pulso contiene un espectro completo de frecuencias (Análisis de Fourier), por lo que si es representado como una serie de Fourier es fácil entender qué se va a obtener a la salida: sólo aquellas componentes de Fourier con frecuencias cercanas a la frecuencia de corte? Una “buena” sinusoide con frecuencia aproximada a la frecuencia de corte.
Filtro LC básico: Respuesta a Pulso (III)
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