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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