Microondas

INTRODUCCIÓN

Sobre el tema desarrollado hemos tratado de ahondar cada uno de los aspectos desde sus atribuciones más sencillas hasta las más complejas, sus diversas aplicaciones desde sus orígenes hasta sus actuales desempeños, teniendo en cuenta que a la hora de culminar el presente trabajo el mundo de la tecnología sigue avanzando minuto a minuto detrás del pensamiento humano y este tema sin duda alguna no es la excepción puesto que sus funciones se adaptan a los extensos campos de la tecnología de hoy. Y es que estamos describiendo el apasionante mundo de los osciladores.

Osciladores

Se entiende por oscilador a una etapa electrónica que, siendo alimentada con una tensión continua, proporciona una salida periódica, que puede ser aproximadamente sinusoidal, o cuadrada, o diente de sierra, triangular, etc. O sea que la esencia del oscilador es “crear” una señal periódica por sí mismo, sin que haya que aplicarle señal alguna a la entrada. En este Curso nos limitaremos al estudio de los osciladores de onda senoidal, o, en realidad, “casi senoidal” o “quasi sinusoidal” como se los suele llamar, ya que según veremos, es indispensable la existencia de un porcentaje pequeño de distorsión para su correcto funcionamiento; y solamente en bajas frecuencias (Audiofrecuencias), ya que inmediatamente se verán las propiedades de los circuitos sintonizados, utilizados en los osciladores de Radiofrecuencia. Una primera idea sobre la forma que adquiere este oscilador, se puede tener del concepto de realimentación que hemos visto anteriormente.

Resumen

 Un oscilador es un circuito que produce una oscilación propia de frecuencia, forma de onda y amplitud determinadas, sin una entrada de señal.

 Para que esto suceda, hace falta:

 a): Que la realimentación sea positiva.

 b): Que dicha realimentación positiva sea suficiente (Ganancia de lazo = 1).

 Decimos que los osciladores son “cuasi” sinusoidales puesto que los polos nunca permanecen quietos provocando indefinidamente atenuación y amplificación de la señal, variando entre dos ganancias posibles del circuito.

 La “perturbación inicial” puede ser la simple conexión de la alimentación.

Criterios de Oscilación

Primer Criterio

Un circuito oscilará cuando exista una trayectoria de realimentación que proporcione al menos una ganancia de bucle unitaria con desplazamiento de fase nulo.

Segundo criterio

Un oscilador es un amplificador inestable en donde el factor de Stern K es menor que uno

Tercer criterio

Un oscilador es un amplificador que aunque la entrada sea nula, la salida no será nula. Matemáticamente esto equivale a que el determinante de las ecuaciones de las corrientes de malla o voltajes de nodo, se hace cero. A este criterio se lo conoce como criterio de “ganancia infinita”

Cuarto criterio

Si cualquier circuito potencialmente oscilador se separa artificialmente en una porción activa y una carga, la impedancia de salida de la parte activa tendrá una parte real negativa cuando se satisfagan las condiciones para la oscilación. Esta es una condición necesaria pero no suficiente. Una onda de corriente puede circular indefinidamente por un lazo de impedancia cero; lo mismo se puede decir sobre una tensión senoidal, que puede persistir indefinidamente en un nodo de admitancia nula.

Tensión de Arranque

¿De dónde surge la tensión de arranque de un oscilador? Toda la resistencia contiene algosos electrones libres. Debido a la temperatura ambiente, éstos se mueven al azar en direcciones diferentes y generan una tensión de ruido en la resistencia. El movimiento es tan aleatorio que contiene frecuencias por encima de los 1.000 GHz. Podemos considerar cada resistencia como un generador de pequeña señal que produce todas las frecuencias

Cuando encendemos la fuente de alimentación, las únicas señales en el sistema son las tensiones de ruido generadas por las resistencias. Éstas son amplificadas y aparecen en los terminales de salida. El ruido amplificado excita el circuito resonante de realimentación. En un diseño podemos hacer el desplazamiento de fase a través del lazo igual a 0 grados a la frecuencia de resonancia. Por encima y por debajo de ésta, el desplazamiento de fase tiene un valor diferente de 0 grados. De esta manera se tienen oscilaciones en una sola frecuencia, la frecuencia de resonancia del circuito de realimentación.

El Oscilador en Puente de Wien

El oscilador en puente de Wien es un circuito oscilador típico tanto para pequeñas frecuencias como para frecuencias moderadas, en el rango de 5 Hz a 1 MHz. Se usa casi siempre en los generadores de audio comerciales y también se prefiere, generalmente, en otras aplicaciones de pequeñas frecuencias.

Circuito de retardo

Utilizando números complejos, la ganancia de tensión del circuito de desacoplo resulta:

=

Esta ecuación da lugar a una magnitud cuyo modula es:

=

Y el ángulo de fase, Ф=arctan donde Ф es el бngulo de fase entre la salida y la entrada. Ha de tenerse en cuenta el signo menos en la ecuación de la fase. Significa que la tensión de salida está atrasada con respecto a la de entrada, como se ve en la Figura #1. Debido a ello, a un circuito de desacoplo se le llama también circuito de retardo. En tu Figura #1 el semicírculo muestra las posiciones posibles del fasor de la tensión de salida. Este hecho implico que el fasor de salida puede atrasar la tensión de entrada en un ángulo comprendido entre O grado y -90 grado.

Circuito de adelanto

Se observa un circuito de acoplo. Utilizando números complejos, la ganancia de tensión en este circuito resulto ser:

=

Y un ángulo, de fase Ф = arctan . Donde Ф es el ángulo de fase entre la salida y la entrada. El ángulo de fase es positivo, por lo que la tensión de salida está adelantada con respecto a la tensión de entrada. Debido a este hecho, a un circuito de acoplo también se le llama circuito de adelanto. el semicírculo muestra las posiciones posibles del fasor de la tensión de salida, lo que implica que el fasor de la salida pueda adelantar la tensión de entrada en ángulo comprendido entre 0 y 90 grados.

Los circuitos de acoplo y desacoplo constituyen ejemplos de circuitos con desplazamientos de fase. Estos circuitos desplazan la fase de la señal de salida ya sea positivamente (adelanto) o negativamente (retardo) con respecto a la señal de entrada, Los osciladores sinusoidales siempre utilizan algún tipo de circuito con desplazamiento de fase para producir oscilación u una frecuencia.

Circuito de retardo - adelanto

El oscilador en puente de Wien utiliza un circuito de realimentación que se denomina circuito de retardo-adelantado (Fig. #3). A muy bajas frecuencias, el condensador en serie se comportó como un circuito abierto y no hay señal de salida. A muy altas frecuencias, el condensador en paralelo se comporta como un cortocircuito, y no hay salida. Entre estos extremos, la tensión de salida del circuito de retardo-adelanto alcanza un valor máximo. La frecuencia donde la salida es máxima se llama frecuencia de resonancia. A esta frecuencia, la fracción de realimentación alcanza un valor máximo de .

El ángulo de la tensión de salida con respecto a la de entrada. A muy bajas frecuencias la fase es positiva (adelanta), pero a muy altas frecuencias la fase es negativa (retardo). En la zona media hay una frecuencia de resonancia f, donde el desplazamiento de fase es de 0 grados. En la Figura #3d se presenta el diagrama fasorial de las tensiones de entrada y de salida. El extremo del fasor puede estar en cualquier lugar del círculo punteado. En consecuencia, la fase puede fluctuar entre +90 y -90 grados. El circulo de retardo-adelanta de la Figura #3a actúa como un circuito resonante. A la frecuencia de resonancia f, a fracción de realimentación alcanza en valor máxima de y el ángulo de fase es igual a 0 grados. Por debajo y par encima de la frecuencia de resonancia, la fracción de realimentación es menor de y el ángulo dé fase ya no es igual a 0 grados.

Forma de funcionamiento

Un oscilador en puente de Wien. Utiliza realimentando positiva y negativa al existir dos trayectorias de realimentación. Hay una trayectoria de realimentación positiva desde su salida, a través del circuito de retardo-adelanto hasta la entrada no inversora. También hay una trayectoria para la realimentación negativa desde la salida, a través del divisor de tensión hasta la entrada inversora. Al inicio hay mas realimentación positiva que negativa. Este hecho contribuye a que las oscilaciones se incrementen cuando la fuente de alimentación se enciende. Después de que la señal de salida alcanza el nivel deseado, su realimentación negativa reduce la ganancia en lazo a 1. ¿Cómo sucede esto? En el instante de encendido, la lámpara de tusgsteno tiene una resistencia baja y la realimentación negativa es pequeña. Por esta razón, la ganancia en lazo es mayor que 1 y las oscilaciones pueden incrementarse hasta la frecuencia de resonancia. A medida que las oscilaciones se incrementan, la lámpara de tusgsteno se calienta ligeramente y su resistencia aumenta. En la

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