El circuito oscilador que se montó en la pasada sesión utilizaba una bobina. Las bobinas son elementos complejos de fabricar y su coste aumenta con el número de espiras por necesitar mucho cobre. ¿Se podría construir un oscilador sin utilizar bobinas? La respuesta a esta pregunta la encontramos en el oscilador Puente de Wien.
El filtro que incorpora este oscilador únicamente utiliza dos resistencias y dos condensadores (R y C) y la frecuencia de oscilación viene dada por f=1/2πRC. Si además los valores de ambas resistencias y ambos condensadores son iguales, entonces BW=3/RC (por tanto Q=1/3). Al igual que en el circuito oscilador visto anteriormente, a través de Ry se debe ajustar la ganancia hasta estabilizar el circuito.
Para evitar la necesidad de ajuste de la ganancia, en 1939 William Hewlett inventó un sistema basado en una lámpara usada como termistor de coeficiente positivo. Al aumentar la tensión en la salida la lámpara se calienta más y su resistencia aumenta, este efecto provoca a su vez una reducción en la tensión de salida, lo que hace disminuir la resistencia de la lámpara. Este proceso hace converger lentamente el valor de la ganancia hasta estabilizarse.
El equivalente moderno del circuito de Hewlett se muestra a continuación:
En este circuito el resistor variable se implementa con un transistor FET, donde la tensión de puerta viene controlada por un circuito detector de envolvente conectado a la salida del amplificador.
Llegados a este punto, ya tenemos una metodología para analizar circuitos osciladores:
- Abrir el lazo de realimentación.
- Obtener la ganancia K del amplificador y la H(2πf) del filtro.
- ¿Existe una frecuencia con desfase nulo?
- Amplificador no inversor: filtro puramente resistivo en fr.
- Amplificador inversor: filtro puramente resistivo + π en fr.
- ¿Es la amplificación mayor o igual a 1?
Los circuitos osciladores comentados hasta el momento utilizan un AO como amplificador. En anteriores sesiones ya hemos visto que este tipo de dispositivos tienen un mal comportamiento a altas frecuencias, así que para conseguir osciladores de este tipo de frecuencias será necesario recurrir al transistor.
En la configuración final se utilizará un amplificador que actuará como seguidor de tensión, y necesitaremos un filtro pasobanda con ganancia mayor que la unidad.
¿Por qué necesitamos entonces el amplificador, si tiene ganancia unitaria? Pues para que suministre la potencia que se disipa en el filtro.
Diseño de un oscilador de 27MHz
Con todo lo aprendido hasta el momento, nos disponemos a diseñar un oscilador completo para utilizarlo en nuestro emisor de radiobaliza. La estructura de partida es la siguiente:
La etapa amplificadora, que actúa como seguidor, se construye mediante un transistor trabajando en zona activa. El circuito de polarización será el siguiente:
Con el valor de Rb y Re se controlará la corriente de colector, la amplificación y se fijará el valor de continua sobre el que cabalgará la señal de salida.
Para esta estructura se comprueba que la oscilación tendrá lugar cuando la carga conectada cumpla:
Finalmente mostramos el esquema definitivo del oscilador de nuestra radiobaliza, con los valores particularizados para 27MHz:
Para el conjunto autotransformador y condensador variable se utilizará una plaquita ya montada con ambos elementos incluidos.
En la próxima sesión se realizará el montaje experimental del oscilador en el laboratorio para comprobar su funcionamiento.
Nota: Las imágenes mostradas en este post han sido extraídas de los apuntes de la asignatura Diseño de radioreceptores.
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