Sin t

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Electrónica de Comunicaciones
CONTENIDO RESUMIDO 1- Introducción. 2- Osciladore
s. 3- Mezcladores y su uso en modulación y
demodulación. 4- Filtros pasa-banda basados en
resonadores piezoeléctricos. 5- Amplificadores de
pequeña señal para RF. 6- Amplificadores de
potencia para RF. 7- Moduladores. 8- Demoduladores
. 9- Tipos y estructuras de receptores de RF. 10-
Tipos y estructuras de transmisores de RF. 11-
Transceptores para radiocomunicaciones.
ATE-UO EC osc 00
2
2. Osciladores
Osciladores con elementos discretos

• de Baja Frecuencia (RC)
• de Alta Frecuencia y Frecuencia Variable (LC)
• de Alta Frecuencia y Frecuencia Fija (a cristal)

ATE-UO EC osc 01
3
Oscilación en un sistema realimentado
ú 1 G(s) H(s)ú 0 è xs(s)/xe(s) ? ?
Se genera Xs aunque no haya Xe
ATE-UO EC osc 02
4
Condición de oscilación (I)
Qué tiene que suceder para que comience la
oscilación?
ATE-UO EC osc 03
5
Condición de oscilación (II)
Si xe(jwosc)G(jwosc)H(jwosc) gt xe(jwosc)
(es decir, G(jwosc)H(jwosc) gt 1) cuando el
desfase es 180º, entonces podemos hacer que la
salida del lazo de realimentación haga las
funciones de la magnitud de entrada.
ATE-UO EC osc 04
6
Condición de oscilación (III)
En realidad si G(jwosc)H(jwosc) gt 1 cuando el
desfase es 180º, las magnitudes empezarán a
crecer constantemente
Existe un límite a este crecimiento? Evidentement
e sí, por razones energéticas hay límites.
Incluso el sistema podría destruirse al crecer la
magnitud de salida.
ATE-UO EC osc 05
7
Condición de oscilación (IV)
Observaciones Gpm(s) función de transferencia
de pequeña magnitud Ggm(s) función de
transferencia de gran magnitud
ATE-UO EC osc 06
8
Condición de oscilación (V)
Si G(jwosc)H(jwosc) lt 1 cuando el desfase es
180º, entonces la oscilación se extinguirá
ATE-UO EC osc 07
9
Condición de oscilación (VI)
Formulación formal Criterio de Nyquist
ATE-UO EC osc 08
10
Condición de oscilación (VII)
Interpretación con Diagramas de Bode

• Para que empiece la oscilación.

ATE-UO EC osc 09
11
Condición de oscilación (VIII)

• Cuando ya oscila.

• Para que no oscile.

ATE-UO EC osc 10
12
Condición de oscilación en osciladores

• Caso general

• Oscilador

Para que empiece la oscilación
Cuando ya oscila
G(jwosc)H(jwosc) 1
A(jwosc)b(jwosc) 1
ATE-UO EC osc 11
13
Tipos de Osciladores
BJT, JFET, MOSFET, Amp. Integrados, etc

• RC en baja frecuencia.
• LC en alta frecuencia (y variable).
• Dispositivo piezoeléctrico en alta frecuencia (y
  constante).
• Líneas de transmisión en muy alta frecuencia.

ATE-UO EC osc 12
14
Osciladores LC con tres elementos reactivos (I)
ATE-UO EC osc 13
15
Osciladores LC con tres elementos reactivos (II)
ATE-UO EC osc 14
16
Resumen de los resultados (véase tema 8 de FEA)
obtenidos
ATE-UO EC osc 15
17
Realización práctica de un Colpitts en drenador
común
ATE-UO EC osc 16
18
Realización práctica de un Colpitts en fuente
común
Realización práctica de un Colpitts en puerta
común
ATE-UO EC osc 17
19
Realización práctica de un Hartley en drenador
común
ATE-UO EC osc 18
20
Realización práctica de un Hartley en fuente
común
Realización práctica de un Hartley en puerta
común
ATE-UO EC osc 19
21
Osciladores LC con más de tres elementos
reactivos El oscilador de Clapp (I)

• C2 no influye en la condición A(jwosc)b(jwosc)
  gt 1
• C2 influye en la frecuencia de oscilación,
  especialmente si C2 ltlt C1,C3

• Especialmente útil para osciladores de
  frecuencia variable.

ATE-UO EC osc 20
22
Osciladores LC con más de tres elementos
reactivos El oscilador de Clapp (II)
Realización práctica en drenador común
ATE-UO EC osc 21
23
Osciladores de frecuencia variable (I)

• Hay que hacer variar uno de los elementos
  reactivos de la red de realimentación.
• Tipos
• Con control manual
• Controlado por tensión (Voltage Cotrolled
  Oscillator, VCO)

Con control manual de la frecuencia
ATE-UO EC osc 22
24
Osciladores de frecuencia variable (II)
ATE-UO EC osc 23
25
Osciladores de frecuencia variable (III)
Osciladores Controlado por Tensión (VCOs)
Se basan en el uso de diodos varicap (también
llamados varactores)
ATE-UO EC osc 24
26
Hojas de características de un diodo varicap
(BB131) (I)
ATE-UO EC osc 25
27
Hojas de características de un diodo varicap
(BB131) (II)
ATE-UO EC osc 26
28
Osciladores de frecuencia muy constante

• Se basan en el uso de cristales de cuarzo (u
  otro material piezoeléctrico)

• Interior del dispositivo

ATE-UO EC osc 27
29
Cristales piezoeléctricos (I)

• Circuito equivalente de un cristal de cuarzo

ATE-UO EC osc 28
30
Cristales piezoeléctricos (II)
Comportamiento inductivo
Comportamiento capacitivo
ATE-UO EC osc 29
31
Cristales piezoeléctricos (III)
Modelo simplificado (alrededor de una de las
frecuencias en las que se produce comportamiento
inductivo)
XL(10 MHz) 2p1071510-3 942 kW
ATE-UO EC osc 30
32
Cristales piezoeléctricos (IV)
Ejemplo cristal de mP de 10 MHz
En otra escala
ATE-UO EC osc 31
33
Cristales piezoeléctricos (V)
Calculamos la impedancia del modelo del cristal
Análisis senoidal s jw
ATE-UO EC osc 32
34
Cristales piezoeléctricos (VI)
Como CS lt C, entonces w2 gt w1

• Si w lt w1, entonces también w lt w2 y entonces
• Z(jw) -j(cantidad positiva) lt 0, es decir,
  comportamiento capacitivo.

• Si w1 lt w lt w2, entonces
• Z(jw) -j(cantidad negativa) gt 0, es decir,
  comportamiento inductivo.

• Si w2 lt w, entonces también w1 lt w y entonces
• Z(jw) -j(cantidad positiva) lt 0, es decir,
  comportamiento capacitivo.

Solo se comporta de modo inductivo si w1 lt w lt w2
ATE-UO EC osc 33
35
Cristales piezoeléctricos (VII)
Resumen
Comportamiento capacitivo
ATE-UO EC osc 34
36
Hojas de características de cristales de cuarzo
ATE-UO EC osc 35
37
Osciladores a cristal

• Se basan en el uso de una red de realimentación
  que incluye un dispositivo piezoeléctrico
  (típicamente un cristal de cuarzo). Tipos
• Basados en la sustitución de una bobina por un
  cristal de cuarzo en un oscilador clásico
  (Colpitts, Clapp, Hartley, etc.) ? El cristal de
  cuarzo trabaja el su zona inductiva.
• Basados en el uso del cristal de cuarzo en
  resonancia serie.

ATE-UO EC osc 36
38
Osciladores basados en la sustitución de una
bobina por un cristal (II)
Cálculo de la frecuencia de oscilación
XC1(wosc)XC3(wosc)XXtal(wosc) 0
ATE-UO EC osc 37
39
Osciladores basados en la sustitución de una
bobina por un cristal (III)
Analíticamente
XC1(wosc)XC3(wosc)XXtal(wosc) 0
ATE-UO EC osc 38
40
Osciladores basados en la sustitución de una
bobina por un cristal (IV)
Ajuste de la frecuencia de oscilación modificar
el valor de CO externamente poniendo un
condensador Cext en paralelo con el cristal
fosc(Cext 0pF) 10.002,9622 kHz fosc(Cext
5pF) 10.002,5201 kHz fosc(Cext 10pF)
10.002,1929 kHz fosc(Cext 15pF) 10.001,9408 kHz
ATE-UO EC osc 39
41
Osciladores basados en el uso del cristal de
cuarzo en resonancia serie (I)
ATE-UO EC osc 40
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Osciladores basados en el uso del cristal de
cuarzo en resonancia serie (II)

• 0 gt -(R1RS)/(R1RS) gt g ya que
  A(jwosc)b(jwosc) gt 1

ATE-UO EC osc 41
43
Conexión de la carga a un oscilador
Etapa en colector común para minimizar la
influencia de la carga en el oscilador.
ATE-UO EC osc 42
44
Osciladores con transistores bipolares (I)
Estudio y resultados prácticamente idénticos al
caso de transistores de efecto de campo.
Z1 jX1 Z2 jX2 Z3 jX3
ATE-UO EC osc 43
45
Osciladores con transistores bipolares (II)
Colpitts en colector común con transistor bipolar
seguidor de tensión.
ATE-UO EC osc 44
46
El oscilador de frecuencia variable (pero poco)
del Iler40
A 8 V
ATE-UO EC osc 45
47
El oscilador de frecuencia fija del Iler40
A 8 V
ATE-UO EC osc 46
48
Circuitos para limitar automáticamente la
ganancia en el transistor (ejemplo con JFET) (I)
ATE-UO EC osc 47
49
Circuitos para limitar automáticamente la
ganancia en el transistor (ejemplo con JFET) (II)
ATE-UO EC osc 48
50
Circuitos para limitar automáticamente la
ganancia en el transistor (ejemplo con JFET) (III)
ATE-UO EC osc 49
51
Circuitos para limitar automáticamente la
ganancia en el transistor (ejemplo con JFET) (IV)

ATE-UO EC osc 50
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Circuitos para limitar automáticamente la
ganancia en el transistor (ejemplo con JFET) (V)
vC3 (vGS) tiene un nivel de cc negativo
proporcional al nivel de las señales que supone
una polarización negativa de la puerta con
respecto a la fuente que disminuye la ganancia al
crecer el nivel de las señales
ATE-UO EC osc 51
53
Condensadores adecuados para osciladores de alta
frecuencia

• Deben ser condensadores cuya capacidad varíe muy
  poco con la frecuencia. Ejemplos
• Condensadores cerámicos NP0.
• Condensadores de aire (los variables)
• Condensadores de mica.
• Condensadores de plásticos de tipo Styroflex.

ATE-UO EC osc 52
54
Ejemplos de esquemas reales de osciladores
(I) (obtenidos del ARRL Handbook 2001)
ATE-UO EC osc 53
55
Ejemplos de esquemas reales de osciladores (II)
(obtenidos del ARRL Handbook 2001)
Hartley
ATE-UO EC osc 54
56
Ejemplos de esquemas reales de osciladores (III)
(obtenidos en http//www.qrp.pops.net/VFO.htm)
Colpitts
ATE-UO EC osc 55
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Ejemplos de esquemas reales de osciladores
(IV) (obtenidos del ARRL Handbook 2001
ATE-UO EC osc 56
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Parámetros características de los osciladores

• Margen de frecuencia.
• Estabilidad ? Mayor cuanto mayor es el factor de
  calidad Q de la red de realimentación.
• Potencias (absoluta de salida sobre 50W ) y
  rendimientos (Potencia de señal / potencia de
  alimentación).
• Nivel de armónicos y espurias ? potencias
  relativas de uno o varios armónicos con relación
  al fundamental.
• Pulling o estabilidad frente a la carga ? uso
  de separadores.
• Pushing o estabilidad frente a la alimentación
  ? uso de estabilizadores de tensión (zeners,
  78LXX, etc.).
• Deriva con la temperatura ? Condensadores NP0,
  de mica, etc.
• Espectro de ruido ? Se debe fundamentalmente a
  ruido de fase.

ATE-UO EC osc 57