Osciladores sinusoidales - Guía rápida

Un oscillatorgenera salida sin ninguna señal de entrada de CA. Un oscilador electrónico es un circuito que convierte la energía de CC en CA a una frecuencia muy alta. Un amplificador con retroalimentación positiva puede entenderse como un oscilador.

Amplificador frente a oscilador

Un amplifier aumenta la fuerza de la señal de entrada aplicada, mientras que un oscillatorgenera una señal sin esa señal de entrada, pero requiere CC para su funcionamiento. Ésta es la principal diferencia entre un amplificador y un oscilador.

Observe la siguiente ilustración. Muestra claramente cómo un amplificador toma energía de una fuente de alimentación de CC y la convierte en energía de CA a la frecuencia de la señal. Un oscilador produce una señal de CA oscilante por sí solo.

La frecuencia, la forma de onda y la magnitud de la potencia de CA generada por un amplificador están controladas por el voltaje de la señal de CA aplicada en la entrada, mientras que las de un oscilador están controladas por los componentes del circuito en sí, lo que significa que no se requiere voltaje de control externo. .

Alternador vs Oscilador

Un alternatores un dispositivo mecánico que produce ondas sinusoidales sin ninguna entrada. Esta máquina generadora de CA se utiliza para generar frecuencias de hasta 1000 Hz. La frecuencia de salida depende del número de polos y de la velocidad de rotación del inducido.

Los siguientes puntos resaltan las diferencias entre un alternador y un oscilador:

• Un alternador convierte la energía mecánica en energía de CA, mientras que el oscilador convierte la energía de CC en energía de CA.

• Un oscilador puede producir frecuencias más altas de varios MHz, mientras que un alternador no.

• Un alternador tiene partes giratorias, mientras que un oscilador electrónico no.

• Es fácil cambiar la frecuencia de las oscilaciones en un oscilador que en un alternador.

Los osciladores también se pueden considerar opuestos a los rectificadores que convierten CA en CC, ya que estos convierten CC en CA. Puede obtener una descripción detallada de los rectificadores en nuestro tutorial Circuitos electrónicos .

Clasificación de osciladores

Los osciladores electrónicos se clasifican principalmente en las siguientes dos categorías:

• Sinusoidal Oscillators - Los osciladores que producen una salida que tiene una forma de onda sinusoidal se denominan sinusoidal o harmonic oscillators. Dichos osciladores pueden proporcionar salida a frecuencias que oscilan entre 20 Hz y 1 GHz.

• Non-sinusoidal Oscillators - Los osciladores que producen una salida con forma de onda cuadrada, rectangular o en forma de diente de sierra se denominan non-sinusoidal o relaxation oscillators. Dichos osciladores pueden proporcionar salida a frecuencias que oscilan entre 0 Hz y 20 MHz.

En este tutorial solo hablaremos de los osciladores sinusoidales. Puede aprender las funciones de los osciladores no sinusoidales en nuestro tutorial Circuitos de pulso .

Osciladores sinusoidales

Los osciladores sinusoidales se pueden clasificar en las siguientes categorías:

• Tuned Circuit Oscillators- Estos osciladores utilizan un circuito sintonizado que consta de inductores (L) y condensadores (C) y se utilizan para generar señales de alta frecuencia. Por lo tanto, también se conocen como osciladores de RF de radiofrecuencia. Dichos osciladores son Hartley, Colpitts, osciladores Clapp, etc.

• RC Oscillators- Allí los osciladores utilizan resistencias y condensadores y se utilizan para generar señales de baja o audiofrecuencia. Por lo tanto, también se conocen como osciladores de audiofrecuencia (AF). Estos osciladores son osciladores de cambio de fase y de puente de Wein.

• Crystal Oscillators- Estos osciladores utilizan cristales de cuarzo y se utilizan para generar una señal de salida altamente estabilizada con frecuencias de hasta 10 MHz. El oscilador piezoeléctrico es un ejemplo de oscilador de cristal.

• Negative-resistance Oscillator- Estos osciladores utilizan la característica de resistencia negativa de los dispositivos, como los dispositivos de túnel. Un oscilador de diodo sintonizado es un ejemplo de oscilador de resistencia negativa.

Naturaleza de las oscilaciones sinusoidales

La naturaleza de las oscilaciones en una onda sinusoidal es generalmente de dos tipos. Sondamped y undamped oscillations.

Oscilaciones amortiguadas

Las oscilaciones eléctricas cuya amplitud va disminuyendo con el tiempo se denominan Damped Oscillations. La frecuencia de las oscilaciones amortiguadas puede permanecer constante dependiendo de los parámetros del circuito.

Las oscilaciones amortiguadas generalmente son producidas por los circuitos oscilatorios que producen pérdidas de potencia y no compensan si es necesario.

Oscilaciones no amortiguadas

Las oscilaciones eléctricas cuya amplitud permanece constante en el tiempo se denominan Undamped Oscillations. La frecuencia de las oscilaciones no amortiguadas permanece constante.

Las oscilaciones no amortiguadas son generalmente producidas por los circuitos oscilatorios que no producen pérdidas de potencia y siguen técnicas de compensación si ocurre alguna pérdida de potencia.

Un amplificador con retroalimentación positiva produce que su salida esté en fase con la entrada y aumenta la fuerza de la señal. La retroalimentación positiva también se denominadegenerative feedback o direct feedback. Este tipo de retroalimentación hace un amplificador de retroalimentación, un oscilador.

El uso de retroalimentación positiva da como resultado un amplificador de retroalimentación que tiene una ganancia de circuito cerrado mayor que la ganancia de circuito abierto. En resultado deinstabilityy funciona como un circuito oscilatorio. Un circuito oscilatorio proporciona una señal de salida amplificada que varía constantemente de cualquier frecuencia deseada.

El circuito oscilatorio

Un circuito oscilatorio produce oscilaciones eléctricas de una frecuencia deseada. También se les conoce comotank circuits.

Un circuito de tanque simple consta de un inductor L y un condensador C, los cuales juntos determinan la frecuencia de oscilación del circuito.

Para comprender el concepto de circuito oscilatorio, consideremos el siguiente circuito. El condensador de este circuito ya está cargado con una fuente de CC. En esta situación, la placa superior del condensador tiene un exceso de electrones mientras que la placa inferior tiene un déficit de electrones. El capacitor contiene algo de energía electrostática y hay un voltaje a través del capacitor.

Cuando el cambio Sestá cerrado, el condensador se descarga y la corriente fluye a través del inductor. Debido al efecto inductivo, la corriente se acumula lentamente hacia un valor máximo. Una vez que el condensador se descarga por completo, el campo magnético alrededor de la bobina es máximo.

Ahora, pasemos a la siguiente etapa. Una vez que el condensador se descarga por completo, el campo magnético comienza a colapsar y produce un EMF contador de acuerdo con la ley de Lenz. El capacitor ahora está cargado con carga positiva en la placa superior y carga negativa en la placa inferior.

Una vez que el capacitor está completamente cargado, comienza a descargarse para formar un campo magnético alrededor de la bobina, como se muestra en el siguiente diagrama de circuito.

Esta continuación de carga y descarga da como resultado un movimiento alterno de electrones o un oscillatory current. El intercambio de energía entre L y C produce continuososcillations.

En un circuito ideal, donde no hay pérdidas, las oscilaciones continuarían indefinidamente. En un circuito de tanque práctico, ocurren pérdidas tales comoresistive y radiation losses en la bobina y dielectric lossesen el condensador. Estas pérdidas dan como resultado oscilaciones amortiguadas.

Frecuencia de oscilaciones

La frecuencia de las oscilaciones producidas por el circuito del tanque están determinadas por los componentes del circuito del tanque, the L y the C. La frecuencia real de las oscilaciones es laresonant frequency (o frecuencia natural) del circuito del tanque que viene dada por

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Capacitancia del condensador

La frecuencia de oscilación f _o es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la capacitancia de un capacitor. Por tanto, si el valor del condensador utilizado es grande, los períodos de tiempo de carga y descarga serán grandes. Por tanto, la frecuencia será menor.

Matemáticamente, la frecuencia,

$$f_o \propto 1\sqrt{C}$$

Autoinducción de la bobina

La frecuencia de la oscilación _fo es proporcional a la raíz cuadrada de la autoinductancia de la bobina. Si el valor de la inductancia es grande, la oposición al cambio del flujo de corriente es mayor y, por lo tanto, el tiempo requerido para completar cada ciclo será más largo, lo que significa que el período de tiempo será más largo y la frecuencia será menor.

Matemáticamente, la frecuencia,

$$f_o \propto 1\sqrt{L}$$

Combinando ambas ecuaciones anteriores,

$$f_o \propto \frac{1}{\sqrt{LC}}$$

$$f_o = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

La ecuación anterior, aunque indica la frecuencia de salida, coincide con la natural frequency o resonance frequency del circuito del tanque.

Un circuito de oscilador es un conjunto completo de todas las partes del circuito que ayuda a producir las oscilaciones. Estas oscilaciones deben sostenerse y no deben ser amortiguadas como se mencionó anteriormente. Intentemos analizar un circuito de oscilador práctico para tener una mejor comprensión de cómo funciona un circuito de oscilador.

Práctico circuito de oscilador

Un circuito de oscilador práctico consta de un circuito de tanque, un amplificador de transistor y un circuito de retroalimentación. El siguiente diagrama de circuito muestra la disposición de un oscilador práctico.

Analicemos ahora las partes de este práctico circuito oscilador.

• Tank Circuit - El circuito del tanque consta de una inductancia L conectada en paralelo con el condensador C. Los valores de estos dos componentes determinan la frecuencia del circuito del oscilador y, por lo tanto, esto se denomina comoFrequency determining circuit.

• Transistor Amplifier- La salida del circuito tanque está conectada al circuito amplificador de modo que aquí se amplifican las oscilaciones producidas por el circuito tanque. Por tanto, el amplificador aumenta la salida de estas oscilaciones.

• Feedback Circuit- La función del circuito de retroalimentación es transferir una parte de la energía de salida al circuito LC en la fase adecuada. Esta retroalimentación es positiva en los osciladores mientras que es negativa en los amplificadores.

Estabilidad de frecuencia de un oscilador

La estabilidad de frecuencia de un oscilador es una medida de su capacidad para mantener una frecuencia constante durante un intervalo de tiempo prolongado. Cuando se opera durante un período de tiempo más largo, la frecuencia del oscilador puede tener una desviación del valor establecido previamente, ya sea aumentando o disminuyendo.

El cambio en la frecuencia del oscilador puede surgir debido a los siguientes factores:

• El punto de funcionamiento del dispositivo activo, como BJT o FET utilizado, debe encontrarse en la región lineal del amplificador. Su desviación afectará la frecuencia del oscilador.

• La dependencia de la temperatura del rendimiento de los componentes del circuito afecta la frecuencia del oscilador.

• Los cambios en la tensión de alimentación de CC aplicados al dispositivo activo desplazan la frecuencia del oscilador. Esto se puede evitar si se utiliza una fuente de alimentación regulada.

• Un cambio en la carga de salida puede provocar un cambio en el factor Q del circuito del tanque, provocando así un cambio en la frecuencia de salida del oscilador.

• La presencia de capacitancias entre elementos y capacitancias parásitas afectan la frecuencia de salida del oscilador y, por lo tanto, la estabilidad de frecuencia.

El criterio de Barkhausen

Con el conocimiento que tenemos hasta ahora, entendimos que un circuito oscilador práctico consiste en un circuito tanque, un circuito amplificador de transistor y un circuito de retroalimentación. Entonces, intentemos ahora repasar el concepto de amplificadores de retroalimentación para derivar la ganancia de los amplificadores de retroalimentación.

Principio del amplificador de retroalimentación

Un amplificador de retroalimentación generalmente consta de dos partes. Ellos son lasamplifier y el feedback circuit. El circuito de retroalimentación generalmente consta de resistencias. El concepto de amplificador de retroalimentación se puede entender en la siguiente figura a continuación.

De la figura anterior, la ganancia del amplificador se representa como A. La ganancia del amplificador es la relación entre el voltaje de salida Vo y el voltaje de entrada V _i . La red de retroalimentación extrae un voltaje V _f = β V _o de la salida V _o del amplificador.

Este voltaje se suma para la retroalimentación positiva y se resta para la retroalimentación negativa, del voltaje de señal V _s .

Entonces, para una retroalimentación positiva,

V _yo = V _s + V _f = V _s + β V _o

La cantidad β = V _f / V _o se denomina relación de retroalimentación o fracción de retroalimentación.

La salida V _o debe ser igual al voltaje de entrada (V _s + βV _o ) multiplicado por la ganancia A del amplificador.

Por lo tanto,

$$(V_s + \beta V_o)A = V_o$$

O

$$AV_s + A\beta V_o = V_o$$

O

$$AV_s = V_o(1 - A\beta)$$

Por lo tanto

$$\frac{V_o}{V_s} = \frac{A}{1 - A\beta}$$

Sea A _f la ganancia total (ganancia con la retroalimentación) del amplificador. Esto se define como la relación entre la tensión de salida V _o y la tensión de señal aplicada V _s , es decir,

$$A_f = \frac{Output \: Voltage}{Input \: Signal \: Voltage} = \frac{V_o}{V_s}$$

A partir de las dos ecuaciones anteriores, podemos entender que la ecuación de ganancia del amplificador de retroalimentación con retroalimentación positiva viene dada por

$$A_f = \frac{A}{1 - A\beta}$$

Dónde Aβ es el feedback factor o la loop gain.

Si Aβ = 1, A _f = ∞. Por lo tanto, la ganancia se vuelve infinita, es decir, hay una salida sin ninguna entrada. En otras palabras, el amplificador funciona como un oscilador.

La condición Aβ = 1 se llama como Barkhausen Criterion of oscillations. Este es un factor muy importante a tener siempre en cuenta, en el concepto de Osciladores.

Los osciladores de circuitos sintonizados son los circuitos que producen oscilaciones con la ayuda de circuitos de sintonización. Los circuitos de sintonización constan de una inductancia L y un condensador C. Estos también se conocen comoLC oscillators, resonant circuit oscillators o tank circuit oscillators.

Los osciladores de circuito sintonizado se utilizan para producir una salida con frecuencias que van desde 1 MHz a 500 MHz. Por lo tanto, también se conocen como R.F. Oscillators. Un BJT o un FET se utiliza como amplificador con osciladores de circuito sintonizados. Con un amplificador y un circuito de tanque LC, podemos realimentar una señal con la amplitud y fase adecuadas para mantener las oscilaciones.

Tipos de osciladores de circuito sintonizado

La mayoría de los osciladores utilizados en transmisores y receptores de radio son del tipo LC osciladores. Dependiendo de la forma en que se utilice la retroalimentación en el circuito, los osciladores LC se dividen en los siguientes tipos.

• Tuned-collector or Armstrong Oscillator- Utiliza retroalimentación inductiva desde el colector de un transistor a la base. El circuito LC está en el circuito colector del transistor.

• Tuned base Oscillator- Utiliza retroalimentación inductiva. Pero el circuito LC está en el circuito base.

• Hartley Oscillator - Utiliza retroalimentación inductiva.

• Colpitts Oscillator - Utiliza retroalimentación capacitiva.

• Clapp Oscillator - Utiliza retroalimentación capacitiva.

Ahora discutiremos en detalle todos los osciladores LC mencionados anteriormente.

Oscilador colector sintonizado

Los osciladores de colector sintonizados se denominan así porque el circuito sintonizado se coloca en el colector del amplificador de transistor. La combinación deL y C forman el circuito sintonizado o circuito de determinación de frecuencia.

Construcción

Las resistencias R ₁ , R ₂ y R _E se utilizan para proporcionar polarización de CC al transistor. Los condensadores C _E y C son los condensadores de derivación. El secundario del transformador proporciona voltaje de retroalimentación de CA que aparece a través de la unión base-emisor de R ₁ y R ₂ está en tierra de CA debido al capacitor de derivación C.En caso de que el capacitor estuviera ausente, una parte del voltaje inducido en el secundario del transformador caería a través de R _{2 en} lugar de ir completamente a la entrada del transistor.

Como el transistor configurado CE proporciona 180 ^o de desplazamiento de fase, otro 180 ^o desplazamiento de fase es proporcionada por el transformador, lo que hace 360 ^o desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y de salida. El siguiente diagrama de circuito muestra la disposición de un circuito colector sintonizado.

Operación

Una vez que se proporciona el suministro, la corriente del colector comienza a aumentar y se lleva a cabo la carga del condensador C. Cuando el condensador está completamente cargado, se descarga a través de la inductancia L ₁ . Ahora se producen oscilaciones. Estas oscilaciones inducen cierta tensión en el devanado secundario L ₂ . La frecuencia de la tensión inducida en el devanado secundario es la misma que la del circuito del tanque y su magnitud depende del número de vueltas en el devanado secundario y del acoplamiento entre ambos devanados.

El voltaje a través de L ₂ se aplica entre la base y el emisor y aparece en forma amplificada en el circuito del colector, superando así las pérdidas en el circuito del tanque. El número de vueltas de L ₂ y el acoplamiento entre L ₁ y L ₂ están tan ajustados que las oscilaciones a través de L ₂ se amplifican a un nivel justo suficiente para suministrar pérdidas al circuito del tanque.

Los osciladores de colector sintonizados se utilizan ampliamente como local oscillator en receptores de radio.

Oscilador de base afinado

Los osciladores de base sintonizados se denominan así porque el circuito sintonizado se coloca en la base del amplificador de transistor. La combinación deL y C forman el circuito sintonizado o circuito de determinación de frecuencia.

Construcción

Las resistencias R ₁ , R ₂ y R _E se utilizan para proporcionar polarización de CC al transistor. La combinación en paralelo de R _e y C _e en el circuito emisor es el circuito estabilizador. C _C es el condensador de bloqueo. Los condensadores C _E y C son los condensadores de derivación. La bobina primaria L y la bobina secundaria L ₁ del transformador de RF proporcionan la retroalimentación requerida a los circuitos del colector y de la base.

Como el transistor configurado CE proporciona 180 ^o de desplazamiento de fase, otro 180 ^o desplazamiento de fase es proporcionada por el transformador, lo que hace 360 ^o desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y de salida. El siguiente diagrama de circuito muestra la disposición de un circuito oscilador de base sintonizado.

Operación

Cuando se enciende el circuito, la corriente del colector comienza a aumentar. A medida que el colector está conectado a la bobina L ₁ , esa corriente crea un campo magnético a su alrededor. Esto induce un voltaje en la bobina L del circuito sintonizado. El voltaje de retroalimentación produce un aumento en el voltaje de la base del emisor y la corriente de la base. De este modo se logra un aumento adicional en la corriente del colector y el ciclo continúa hasta que la corriente del colector se satura. Mientras tanto, el condensador está completamente cargado.

Cuando la corriente del colector alcanza el nivel de saturación, no hay voltaje de retroalimentación en L. Como el capacitor se ha cargado completamente, comienza a descargarse a través de L. Esto disminuye la polarización de la base del emisor y, por lo tanto, I _B y la corriente del colector también disminuyen. Cuando la corriente del colector alcanza el límite, el condensador C está completamente cargado con polaridad opuesta. Ahora que el transistor se apaga, el condensador C comienza a descargarse a través de L. Esto aumenta la polarización de la base del emisor. Como resultado, la corriente del colector aumenta.

El ciclo se repite siempre que se suministre suficiente energía meet the lossesen circuito LC. La frecuencia de oscilación es igual a la frecuencia de resonancia del circuito LC.

Retirarse

El principal drawbackdel circuito oscilador de base sintonizada es que, debido a la baja resistencia del emisor de base, que aparece en derivación con el circuito sintonizado, el circuito del tanque se carga. Esto reduce su Q, lo que a su vez provoca una deriva en la frecuencia del oscilador. Por tanto, la estabilidad se vuelve más pobre. Por esta razón, el circuito sintonizado esnot generalmente connected in base circuito.

Muy popular local oscillator circuito que se utiliza principalmente en radio receivers es el Hartley Oscillatorcircuito. Los detalles de construcción y el funcionamiento de un oscilador Hartley se describen a continuación.

Construcción

En el diagrama de circuito de un oscilador Hartley que se muestra a continuación, las resistencias R ₁ , R ₂ y R _e proporcionan la condición de polarización necesaria para el circuito. El condensador C _e proporciona tierra de CA, proporcionando así cualquier degeneración de la señal. Esto también proporciona estabilización de temperatura.

Los condensadores C _c y C _b se emplean para bloquear la CC y proporcionar una ruta de CA. El inductor de radiofrecuencia (RFC) ofrece una impedancia muy alta a las corrientes de alta frecuencia, lo que significa que cortocircuita para CC y abre para CA.Por lo tanto, proporciona carga de CC para el colector y mantiene las corrientes de CA fuera de la fuente de suministro de CC.

Circuito del tanque

La red de determinación de frecuencia es un circuito resonante paralelo que consta de los inductores L ₁ y L ₂ junto con un condensador variable C. La unión de L ₁ y L ₂ está conectada a tierra. La bobina L ₁ tiene un extremo conectado a la base a través de C _cy el otro al emisor a través de C _e . Entonces, L ₂ está en el circuito de salida. Ambas bobinas L ₁ y L ₂ están acopladas inductivamente y juntas forman unAuto-transformer.

El siguiente diagrama de circuito muestra la disposición de un oscilador Hartley. El circuito del tanque esshunt feden este circuito. También puede ser unseries-fed.

Operación

Cuando se proporciona el suministro del colector, se produce una corriente transitoria en el circuito oscilatorio o tanque. La corriente oscilatoria en el circuito del tanque produce voltaje de CA a través de L ₁ .

los auto-transformerhecho por el acoplamiento inductivo de L ₁ y L ₂ ayuda a determinar la frecuencia y establece la retroalimentación. Como el transistor configurado CE proporciona 180 ^o de desplazamiento de fase, otro 180 ^o desplazamiento de fase es proporcionada por el transformador, lo que hace 360 ^o desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y de salida.

Esto hace que la retroalimentación sea positiva, lo que es esencial para la condición de las oscilaciones. Cuando elloop gain |βA| of the amplifier is greater than one, las oscilaciones se mantienen en el circuito.

Frecuencia

La ecuación para frequency of Hartley oscillator se da como

$$f = \frac{1}{2 \pi \sqrt{L_T C}}$$

$$L_T = L_1 + L_2 + 2M$$

Aquí, L_T es la inductancia total acumulativamente acoplada; L₁ y L₂representan inductancias de la ^1ª y ^2ª bobinas; yM representa la inductancia mutua.

Mutual inductance se calcula cuando se consideran dos devanados.

Ventajas

Las ventajas del oscilador Hartley son

• En lugar de utilizar un transformador grande, se puede utilizar una sola bobina como autotransformador.

• La frecuencia se puede variar empleando un condensador variable o un inductor variable.

• Es suficiente una menor cantidad de componentes.

• La amplitud de la salida permanece constante en un rango de frecuencia fijo.

Desventajas

Las desventajas del oscilador Hartley son

• No puede ser un oscilador de baja frecuencia.
• Hay distorsiones armónicas.

Aplicaciones

Las aplicaciones del oscilador Hartley son

• Se utiliza para producir una onda sinusoidal de la frecuencia deseada.
• Se utiliza principalmente como oscilador local en receptores de radio.
• También se utiliza como oscilador de RF.

Un oscilador Colpitts se parece al oscilador Hartley, pero los inductores y los condensadores se reemplazan entre sí en el circuito del tanque. Los detalles constructivos y el funcionamiento de un oscilador colpitts se describen a continuación.

Construcción

Primero echemos un vistazo al diagrama de circuito de un oscilador de Colpitts.

Las resistencias R ₁ , R ₂ y R _e proporcionan la condición de polarización necesaria para el circuito. El condensador C _e proporciona tierra de CA, proporcionando así cualquier degeneración de la señal. Esto también proporciona estabilización de temperatura.

Los condensadores C _c y C _b se emplean para bloquear la CC y proporcionar una ruta de CA. El inductor de radiofrecuencia (RFC) ofrece una impedancia muy alta a las corrientes de alta frecuencia, lo que significa que corta para CC y abre para CA. Por lo tanto, proporciona carga de CC para el colector y mantiene las corrientes de CA fuera de la fuente de suministro de CC.

Circuito del tanque

La red de determinación de frecuencia es un circuito resonante paralelo que consta de condensadores variables C ₁ y C ₂ junto con un inductor L. La unión de C ₁ y C ₂ está conectada a tierra. El condensador C ₁ tiene un extremo conectado a la base a través de C _cy el otro al emisor a través de C _e . el voltaje desarrollado a través de C ₁ proporciona la retroalimentación regenerativa necesaria para las oscilaciones sostenidas.

Operación

Cuando se proporciona el suministro del colector, se produce una corriente transitoria en el circuito oscilatorio o tanque. La corriente oscilatoria en el circuito del tanque produce voltaje de CA a través de C ₁ que se aplica a la unión del emisor base y aparece en forma amplificada en el circuito colector y suministra pérdidas al circuito del tanque.

Si el terminal 1 está en potencial positivo con respecto al terminal 3 en cualquier instante, entonces el terminal 2 estará en potencial negativo con respecto al 3 en ese instante porque el terminal 3 está conectado a tierra. Por tanto, los puntos 1 y 2 están desfasados ​​180 ^o .

Como el transistor configurado CE proporciona un cambio de fase de 180 ^° , realiza un cambio de fase de 360 ^° entre los voltajes de entrada y salida. Por lo tanto, la retroalimentación está correctamente escalonada para producir oscilaciones continuas no amortiguadas. Cuando elloop gain |βA| of the amplifier is greater than one, oscillations are sustained en el circuito.

Frecuencia

La ecuación para frequency of Colpitts oscillator se da como

$$f = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC_T}}$$

C _T es la capacitancia total de C ₁ y C ₂ conectados en serie.

$$\frac{1}{C_T} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2}$$

$$C_T = \frac{C_1 \times C_2}{C_1 + C_2}$$

Ventajas

Las ventajas del oscilador Colpitts son las siguientes:

• El oscilador de Colpitts puede generar señales sinusoidales de muy altas frecuencias.
• Puede soportar altas y bajas temperaturas.
• La estabilidad de frecuencia es alta.
• La frecuencia se puede variar utilizando ambos condensadores variables.
• Es suficiente una menor cantidad de componentes.
• La amplitud de la salida permanece constante en un rango de frecuencia fijo.

El oscilador Colpitts está diseñado para eliminar las desventajas del oscilador Hartley y se sabe que no tiene desventajas específicas. Por lo tanto, hay muchas aplicaciones de un oscilador colpitts.

Aplicaciones

Las aplicaciones del oscilador Colpitts son las siguientes:

• El oscilador Colpitts se puede utilizar como generador de onda sinusoidal de alta frecuencia.
• Esto se puede usar como sensor de temperatura con algunos circuitos asociados.
• Se utiliza principalmente como oscilador local en receptores de radio.
• También se utiliza como oscilador de RF.
• También se utiliza en aplicaciones móviles.
• Tiene muchas otras aplicaciones comerciales.

Otro oscilador que es una versión avanzada del oscilador Colpitts es el Clapp Oscillator. Este circuito está diseñado realizando algunos cambios en el oscilador Colpitts.

El circuito se diferencia del oscilador de Colpitts sólo en un aspecto; contiene un condensador adicional (C ₃ ) conectado en serie con el inductor. La adición del condensador (C ₃ ) mejora la estabilidad de la frecuencia y elimina el efecto de los parámetros del transistor y las capacitancias parásitas.

El siguiente diagrama de circuito muestra la disposición de un transistor Clapp oscillator.

El funcionamiento del circuito del oscilador de Clapp es de la misma manera que el del oscilador de Colpitts. La frecuencia del oscilador viene dada por la relación,

$$f_o = \frac{1}{2 \pi \sqrt{L.C}}$$

Dónde

$$C = \frac{1}{\frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3}}$$

Normalmente, el valor de C₃ es mucho más pequeño que C₁ y C₂. Como resultado de esto,C es aproximadamente igual a C₃. Por lo tanto, la frecuencia de oscilación,

$$f_o = \frac{1}{2 \pi \sqrt{L.C_3}}$$

Se entiende que el oscilador Clapp es similar al oscilador Colpitts, sin embargo, difieren en la forma en que se organizan las inductancias y capacitancias. La estabilidad de frecuencia, aunque es buena, puede ser variable en un oscilador Clapp.

A veces se prefiere un oscilador Clapp a un oscilador Colpitts para construir un oscilador de frecuencia variable. Los osciladores Clapp se utilizan en los circuitos de sintonización del receptor como un oscilador de frecuencia.

Una de las características importantes de un oscilador es que la energía de retroalimentación aplicada debe estar en la fase correcta en el circuito del tanque. Los circuitos osciladores discutidos hasta ahora han empleado una combinación de inductor (L) y condensador (C), en el circuito del tanque o circuito de determinación de frecuencia.

Hemos observado que la combinación LC en osciladores proporciona un cambio de fase de 180 ^° y el transistor en la configuración CE proporciona un cambio de fase de 180 ° para hacer un cambio de fase total de 360 ^{° de} modo que haría una diferencia de fase cero.

Inconvenientes de los circuitos LC

Aunque tienen pocas aplicaciones, el LC los circuitos tienen pocos drawbacks como

• Inestabilidad de frecuencia
• La forma de onda es mala
• No se puede utilizar para bajas frecuencias
• Los inductores son voluminosos y caros

Tenemos otro tipo de circuitos de oscilador, que se fabrican reemplazando los inductores por resistencias. Al hacerlo, se mejora la estabilidad de la frecuencia y se obtiene una forma de onda de buena calidad. Estos osciladores también pueden producir frecuencias más bajas. Además, el circuito no resulta ni voluminoso ni caro.

Todos los inconvenientes de LC Los circuitos del oscilador se eliminan así en RCcircuitos osciladores. De ahí que surja la necesidad de circuitos osciladores RC. Estos también se denominan comoPhase–shift Oscillators.

Principio de los osciladores de cambio de fase

Sabemos que el voltaje de salida de un circuito RC para una entrada de onda sinusoidal conduce al voltaje de entrada. El ángulo de fase por el que se adelanta está determinado por el valor de los componentes RC utilizados en el circuito. El siguiente diagrama de circuito muestra una sola sección de una red RC.

El voltaje de salida V ₁ 'a través de la resistencia R adelanta al voltaje de entrada aplicado a la entrada V ₁ en algún ángulo de fase ɸ ^o . Si R se redujera a cero, V ₁ 'adelantará a V ₁ en 90 ^o , es decir, ɸ ^o = 90 ^o .

Sin embargo, ajustar R a cero sería impracticable, porque no conduciría a ningún voltaje en R. Por lo tanto, en la práctica, R se varía a un valor tal que hace que V ₁ 'avance a V ₁ en 60 ^o . El siguiente diagrama de circuito muestra las tres secciones de la red RC.

Cada sección produce un desfase de 60 ^o . En consecuencia, se produce un desplazamiento de fase total de 180 ^o , es decir, el voltaje V ₂ adelanta al voltaje V ₁ en 180 ^o .

Circuito del oscilador de cambio de fase

El circuito oscilador que produce una onda sinusoidal usando una red de cambio de fase se denomina circuito oscilador de cambio de fase. Los detalles de construcción y el funcionamiento de un circuito oscilador de cambio de fase son los que se indican a continuación.

Construcción

El circuito del oscilador de cambio de fase consta de una sección de amplificador de transistor único y una red de cambio de fase RC. La red de desplazamiento de fase en este circuito consta de tres secciones RC. A la frecuencia resonante f _o , el desplazamiento de fase en cada sección RC es de 60 ^{o, de} modo que el desplazamiento de fase total producido por la red RC es de 180 ^o .

El siguiente diagrama de circuito muestra la disposición de un oscilador de cambio de fase RC.

La frecuencia de las oscilaciones viene dada por

$$f_o = \frac{1}{2\pi RC \sqrt{6}}$$

Dónde

$$R_1 = R_2 = R_3 = R$$

$$C_1 = C_2 = C_3 = C$$

Operación

El circuito cuando se enciende oscila a la frecuencia resonante f _o . La salida E _o del amplificador se realimenta a la red de realimentación RC. Esta red produce un desplazamiento de fase de 180 ^o y aparece un voltaje E _i en su salida. Este voltaje se aplica al amplificador de transistor.

La retroalimentación aplicada será

$$m = E_i/E_o$$

La retroalimentación está en fase correcta, mientras que el amplificador de transistor, que está en configuración CE, produce un cambio de fase de 180 ^o . El cambio de fase producido por la red y el transistor se suman para formar un cambio de fase alrededor de todo el bucle que es de 360 ^o .

Ventajas

Las ventajas del oscilador de cambio de fase RC son las siguientes:

• No requiere transformadores ni inductores.
• Puede utilizarse para producir frecuencias muy bajas.
• El circuito proporciona una buena estabilidad de frecuencia.

Desventajas

Las desventajas del oscilador de cambio de fase RC son las siguientes:

• Iniciar las oscilaciones es difícil porque la retroalimentación es pequeña.
• La producción producida es pequeña.

Otro tipo de oscilador de frecuencia de audio popular es el circuito oscilador de puente de Wien. Esto se usa principalmente debido a sus características importantes. Este circuito está libre decircuit fluctuations y el ambient temperature.

La principal ventaja de este oscilador es que la frecuencia se puede variar en el rango de 10 Hz a aproximadamente 1 MHz, mientras que en los osciladores RC, la frecuencia no varía.

Construcción

La construcción del circuito del oscilador de puente de Wien se puede explicar a continuación. Es un amplificador de dos etapas con circuito de puente RC. El circuito puente tiene los brazos R ₁ C ₁ , R ₃ , R ₂ C ₂ y la lámpara de tungsteno L _p . La resistencia R ₃ y la lámpara L _p se utilizan para estabilizar la amplitud de la salida.

El siguiente diagrama de circuito muestra la disposición de un oscilador de puente de Wien.

El transistor T ₁ sirve como oscilador y amplificador mientras que el otro transistor T ₂ sirve como inversor. El funcionamiento del inversor proporciona un desfase de 180 ^o . Este circuito proporciona retroalimentación positiva a través de R ₁ C ₁ , C ₂ R ₂ al transistor T ₁ y retroalimentación negativa a través del divisor de voltaje a la entrada del transistor T ₂ .

La frecuencia de las oscilaciones está determinada por el elemento en serie R ₁ C ₁ y el elemento paralelo R ₂ C ₂ del puente.

$$f = \frac{1}{2 \pi \sqrt{R_1C_1R_2C_2}}$$

Si R ₁ = R ₂ y C ₁ = C ₂ = C

Luego,

$$f = \frac{1}{2\pi RC}$$

Ahora, podemos simplificar el circuito anterior de la siguiente manera:

El oscilador consta de dos etapas de amplificador acoplado RC y una red de retroalimentación. El voltaje a través de la combinación en paralelo de R y C se alimenta a la entrada del amplificador 1. El cambio de fase neto a través de los dos amplificadores es cero.

La idea habitual de conectar la salida del amplificador 2 al amplificador 1 para proporcionar regeneración de señal para el oscilador no es aplicable aquí, ya que el amplificador 1 amplificará señales en una amplia gama de frecuencias y, por lo tanto, el acoplamiento directo daría como resultado una estabilidad de frecuencia deficiente. Al agregar la red de retroalimentación de puente de Wien, el oscilador se vuelve sensible a una frecuencia particular y, por lo tanto, se logra la estabilidad de frecuencia.

Operación

Cuando el circuito se enciende, el circuito puente produce oscilaciones de la frecuencia indicada anteriormente. Los dos transistores producen un cambio de fase total de 360 ^{° de} modo que se garantiza una retroalimentación positiva adecuada. La retroalimentación negativa en el circuito asegura una salida constante. Esto se logra mediante la lámpara de tungsteno sensible a la temperatura L _p . Su resistencia aumenta con la corriente.

Si la amplitud de la salida aumenta, se produce más corriente y se logra más retroalimentación negativa. Debido a esto, la salida volvería al valor original. Considerando que, si la producción tiende a disminuir, se produciría una acción inversa.

Ventajas

Las ventajas del oscilador de puente de Wien son las siguientes:

• El circuito proporciona una buena estabilidad de frecuencia.

• Proporciona una salida constante.

• El funcionamiento del circuito es bastante sencillo.

• La ganancia general es alta debido a dos transistores.

• La frecuencia de las oscilaciones se puede cambiar fácilmente.

• La estabilidad de la amplitud del voltaje de salida se puede mantener con mayor precisión, reemplazando R ₂ con un termistor.

Desventajas

Las desventajas del oscilador de puente de Wien son las siguientes:

• El circuito no puede generar frecuencias muy altas.

• Se requieren dos transistores y una cantidad de componentes para la construcción del circuito.

Siempre que un oscilador está en funcionamiento continuo, su frequency stabilityse ve afectado. Se producen cambios en su frecuencia. Los principales factores que afectan la frecuencia de un oscilador son

• Variaciones de la fuente de alimentación
• Cambios de temperatura
• Cambios en la carga o resistencia de salida

En los osciladores RC y LC, los valores de resistencia, capacitancia e inductancia varían con la temperatura y, por lo tanto, la frecuencia se ve afectada. Para evitar este problema, los cristales piezoeléctricos se utilizan en osciladores.

El uso de cristales piezoeléctricos en circuitos resonantes paralelos proporciona estabilidad de alta frecuencia en osciladores. Dichos osciladores se denominanCrystal Oscillators.

Osciladores de cristal

El principio de los osciladores de cristal depende de la Piezo electric effect. La forma natural de un cristal es hexagonal. Cuando una oblea de cristal tiene una curva perpendicular al eje X, se llama corte en X y cuando se corta a lo largo del eje Y, se llama corte en Y.

El cristal utilizado en el oscilador de cristal exhibe una propiedad llamada propiedad piezoeléctrica. Entonces, tengamos una idea sobre el efecto piezoeléctrico.

Efecto piezoeléctrico

El cristal presenta la propiedad de que cuando se aplica una tensión mecánica a una de las caras del cristal, se desarrolla una diferencia de potencial en las caras opuestas del cristal. Por el contrario, cuando se aplica una diferencia de potencial en una de las caras, se produce una tensión mecánica en las otras caras. Esto se conoce comoPiezo electric effect.

Ciertos materiales cristalinos como la sal de Rochelle, el cuarzo y la turmalina exhiben un efecto piezoeléctrico y dichos materiales se denominan Piezo electric crystals. El cuarzo es el cristal piezoeléctrico más utilizado porque es económico y está fácilmente disponible en la naturaleza.

Cuando un cristal piezoeléctrico se somete a un potencial alterno adecuado, vibra mecánicamente. La amplitud de las vibraciones mecánicas se vuelve máxima cuando la frecuencia de la tensión alterna es igual a la frecuencia natural del cristal.

Trabajo de un cristal de cuarzo

Para que un cristal funcione en un circuito electrónico, el cristal se coloca entre dos placas de metal en forma de condensador. Quartzes el tipo de cristal más utilizado debido a su disponibilidad y fuerte naturaleza, además de ser económico. El voltaje de CA se aplica en paralelo al cristal.

La disposición del circuito de un cristal de cuarzo será como se muestra a continuación:

Si se aplica un voltaje de CA, el cristal comienza a vibrar a la frecuencia del voltaje aplicado. Sin embargo, si la frecuencia del voltaje aplicado se iguala a la frecuencia natural del cristal,resonancetiene lugar y las vibraciones del cristal alcanzan un valor máximo. Esta frecuencia natural es casi constante.

Circuito equivalente de un cristal

Si tratamos de representar el cristal con un circuito eléctrico equivalente, tenemos que considerar dos casos, es decir, cuándo vibra y cuándo no. Las figuras siguientes representan el símbolo y el circuito eléctrico equivalente de un cristal, respectivamente.

El circuito equivalente anterior consta de un circuito RLC en serie en paralelo con una capacitancia C _m . Cuando el cristal montado a través de la fuente de CA no vibra, es equivalente a la capacitancia C _m . Cuando el cristal vibra, actúa como un circuito RLC sintonizado.

Respuesta frecuente

La respuesta de frecuencia de un cristal se muestra a continuación. El gráfico muestra la reactancia (X _L o X _C ) frente a la frecuencia (f). Es evidente que el cristal tiene dos frecuencias de resonancia muy próximas.

La primera es la frecuencia resonante en serie (f _s ), que ocurre cuando la reactancia de la inductancia (L) es igual a la reactancia de la capacitancia C.En ese caso, la impedancia del circuito equivalente es igual a la resistencia R y la frecuencia de oscilación viene dada por la relación,

$$f = \frac{1}{2\pi \sqrt{L.C}}$$

El segundo es la frecuencia resonante en paralelo (f _p ), que se produce cuando la reactancia de la rama RLC es igual a la reactancia del condensador C _m . A esta frecuencia, el cristal ofrece una impedancia muy alta al circuito externo y la frecuencia de oscilación viene dada por la relación.

$$f_p = \frac{1}{2\pi \sqrt{L.C_T}}$$

Dónde

$$C_T = \frac{C C_m}{(C + C_m)}$$

El valor de C _m suele ser muy grande en comparación con C. Por lo tanto, el valor de C _T es aproximadamente igual a C y, por lo tanto, la frecuencia de resonancia en serie es aproximadamente igual a la frecuencia de resonancia en paralelo (es decir, f _s = f _p ).

Circuito del oscilador de cristal

Un circuito oscilador de cristal se puede construir de varias formas, como un oscilador colector sintonizado controlado por cristal, un oscilador de cristal Colpitts, un oscilador de cristal Clap, etc. transistor pierce crystal oscillatores el más utilizado. Este es el circuito que normalmente se denomina circuito oscilador de cristal.

El siguiente diagrama de circuito muestra la disposición de un oscilador de cristal perforado por transistor.

En este circuito, el cristal está conectado como un elemento en serie en la ruta de retroalimentación desde el colector a la base. Las resistencias R ₁ , R ₂ y R _E proporcionan un circuito de polarización de CC estabilizado con divisor de voltaje. El condensador C _E proporciona una derivación de CA de la resistencia del emisor y la bobina RFC (estrangulador de radiofrecuencia) proporciona polarización de CC mientras que desacopla cualquier señal de CA en las líneas eléctricas para que no afecte la señal de salida. El condensador de acoplamiento C tiene una impedancia insignificante a la frecuencia de funcionamiento del circuito. Pero bloquea cualquier cd entre el colector y la base.

La frecuencia de oscilación del circuito está establecida por la frecuencia resonante en serie del cristal y su valor está dado por la relación,

$$f_o = \frac{1}{2\pi \sqrt{L.C}}$$

Puede observarse que los cambios en la tensión de alimentación, los parámetros del dispositivo del transistor, etc. no tienen ningún efecto sobre la frecuencia de funcionamiento del circuito, que se mantiene estabilizada por el cristal.

Ventajas

Las ventajas del oscilador de cristal son las siguientes:

• Tienen un alto orden de estabilidad de frecuencia.
• El factor de calidad (Q) del cristal es muy alto.

Desventajas

Las desventajas del oscilador de cristal son las siguientes:

• Son frágiles y se pueden utilizar en circuitos de baja potencia.
• La frecuencia de las oscilaciones no se puede cambiar de forma apreciable.

Estabilidad de frecuencia de un oscilador

Se espera que un oscilador mantenga su frecuencia durante más tiempo sin variaciones, para tener una salida de onda sinusoidal clara más suave para la operación del circuito. Por lo tanto, el término estabilidad de frecuencia realmente importa mucho, cuando se trata de osciladores, ya sean sinusoidales o no sinusoidales.

La estabilidad de frecuencia de un oscilador se define como la capacidad del oscilador para mantener constante la frecuencia requerida durante un intervalo de tiempo lo más largo posible. Intentemos discutir los factores que afectan esta estabilidad de frecuencia.

Cambio en el punto de operación

Ya nos hemos encontrado con los parámetros del transistor y hemos aprendido lo importante que es un punto de operación. La estabilidad de este punto de funcionamiento para el transistor que se utiliza en el circuito de amplificación (BJT o FET) es de mayor consideración.

El funcionamiento del dispositivo activo utilizado se ajusta para estar en la parte lineal de sus características. Este punto se desplaza debido a las variaciones de temperatura y, por lo tanto, la estabilidad se ve afectada.

Variación de temperatura

El circuito del tanque en el circuito del oscilador contiene varios componentes que determinan la frecuencia, como resistencias, condensadores e inductores. Todos sus parámetros dependen de la temperatura. Debido al cambio de temperatura, sus valores se ven afectados. Esto trae el cambio de frecuencia del circuito oscilador.

Debido a la fuente de alimentación

Las variaciones en la potencia suministrada también afectarán la frecuencia. Las variaciones de la fuente de alimentación dan lugar a variaciones en V _cc . Esto afectará la frecuencia de las oscilaciones producidas.

Para evitar esto, se implementa el sistema de suministro de energía regulado. En resumen, esto se llama RPS. Los detalles de la fuente de alimentación regulada se discutieron claramente en la sección de suministro de energía del tutorial CIRCUITOS ELECTRÓNICOS.

Cambio en la carga de salida

Las variaciones en la resistencia de salida o la carga de salida también afectan la frecuencia del oscilador. Cuando se conecta una carga, se cambia la resistencia efectiva del circuito del tanque. Como resultado, se cambia el factor Q del circuito sintonizado LC. Esto da como resultado un cambio en la frecuencia de salida del oscilador.

Cambios en las capacitancias entre elementos

Las capacitancias entre elementos son las capacitancias que se desarrollan en materiales de unión PN, como diodos y transistores. Estos se desarrollan debido a la carga presente en ellos durante su funcionamiento.

Los condensadores entre elementos experimentan cambios debido a varias razones como temperatura, voltaje, etc. Este problema se puede resolver conectando el condensador de inundación a través del condensador entre elementos defectuoso.

Valor de Q

El valor de Q (factor de calidad) debe ser alto en osciladores. El valor de Q en osciladores sintonizados determina la selectividad. Como este Q es directamente proporcional a la estabilidad de frecuencia de un circuito sintonizado, el valor de Q debe mantenerse alto.

La estabilidad de frecuencia se puede representar matemáticamente como,

$$S_w = d\theta/dw$$

Donde dθ es el desplazamiento de fase introducido para un pequeño cambio de frecuencia en la frecuencia nominal f _r . El circuito que da el valor mayor de (dθ / dw) tiene una frecuencia de oscilación más estable.

Un oscilador que trabaja en la propiedad de resistencia negativa puede denominarse oscilador de resistencia negativa. El terminonegative resistancese refiere a una condición en la que un aumento de voltaje en dos puntos provoca una disminución de la corriente. Algunos de los dispositivos no lineales exhiben propiedades de resistencia negativa, bajo ciertas condiciones.

Propiedad de resistencia negativa

Observemos el comportamiento cuando se aplica voltaje a un dispositivo no lineal que exhibe propiedad de resistencia negativa. Para comprender esta propiedad, observemos el siguiente gráfico para conocer las variaciones de voltaje y corriente.

A medida que aumenta el voltaje directo, la corriente aumenta rápidamente y aumenta hasta un punto máximo, llamado Peak Current, denotado por I_P. El voltaje en este punto se llamaPeak Voltage, denotado por V_P. Este punto está indicado porAen el gráfico anterior. El puntoA se llama Peak Point.

Si el voltaje aumenta más allá V_P, entonces la corriente comienza a disminuir. Disminuye hasta un punto, llamado comoValley Current, denotado por I_V. El voltaje en este punto se llamaValley Voltage, denotado por V_V. Este punto está indicado porBen el gráfico anterior. El puntoB se llama Valley Point.

De ahí la región entre el punto A y punto B indica el Negative resistance region. Una vez que se alcanza el punto del valle y si el voltaje aumenta aún más, la corriente comienza a aumentar. Esto significa que la región de resistencia negativa se terminó y el dispositivo se comporta normalmente según la ley de Ohm. Esta región se llamaPositive Resistance region, que se indica con el punto B apuntar C en el gráfico.

Pocos osciladores presentan propiedades de resistencia negativa durante su funcionamiento. El oscilador de unión única es el mejor ejemplo de un oscilador no sinusoidal (produce una forma de onda de barrido como salida) que exhibe una propiedad de resistencia negativa, mientras que el oscilador de diodo de túnel es el mejor ejemplo de un oscilador sinusoidal que exhibe una propiedad de resistencia negativa.

En el próximo capítulo de este tutorial, discutiremos más sobre los osciladores de diodos de túnel.

El circuito del oscilador que se construye usando un diodo de túnel se denomina oscilador de diodo de túnel. Si la concentración de impurezas de una unión PN normal aumenta mucho, estoTunnel diodese forma. También se conoce comoEsaki diode, después de su inventor.

Diodo de túnel

Cuando aumenta la concentración de impurezas en un diodo, el ancho de la región de agotamiento disminuye, extendiendo algo de fuerza adicional a los portadores de carga para cruzar la unión. Cuando esta concentración aumenta más, debido a la menor anchura de la región de agotamiento y al aumento de energía de los portadores de carga, penetran a través de la barrera de potencial, en lugar de trepar por ella. Esta penetración puede entenderse comoTunneling y de ahí el nombre, Tunnel diode.

La siguiente imagen muestra cómo se ve un práctico diodo de túnel.

Los símbolos del diodo túnel se muestran a continuación.

Para obtener más detalles sobre los diodos de túnel, consulte nuestro tutorial de Electrónica básica .

Oscilador de diodo de túnel

El diodo de túnel ayuda a generar una señal de muy alta frecuencia de casi 10 GHz. Un circuito de diodo de túnel práctico puede consistir en un interruptor S, una resistencia R y una fuente de alimentación V, conectados a un circuito de tanque a través de un diodo de túnel D.

Trabajando

El valor de la resistencia seleccionada debe ser de tal manera que polarice el diodo túnel en el medio de la región de resistencia negativa. La siguiente figura muestra el práctico circuito oscilador de diodos de túnel.

En este circuito, la resistencia R ₁ establece la polarización adecuada para el diodo y la resistencia R ₂ establece el nivel de corriente adecuado para el circuito del tanque. La combinación en paralelo del resistor R _p inductor L y el condensador C forman un circuito tanque, que resuena a la frecuencia seleccionada.

Cuando el interruptor S está cerrado, la corriente del circuito aumenta inmediatamente hacia el valor constante, cuyo valor está determinado por el valor de la resistencia R y la resistencia del diodo. Sin embargo, como la caída de voltaje a través del diodo de túnel V _D excede el voltaje de punto pico V _p , el diodo de túnel se conduce a la región de resistencia negativa.

En esta región, la corriente comienza a disminuir, hasta que el voltaje V _{D se} vuelve igual al voltaje del punto de valle V _v . En este punto, un aumento adicional en el voltaje V _D lleva al diodo a la región de resistencia positiva. Como resultado de esto, la corriente del circuito tiende a aumentar. Este aumento en el circuito aumentará la caída de tensión a través del resistor R que reducirá la tensión V _D .

VI curva característica

El siguiente gráfico muestra las características VI de un diodo túnel:

La curva AB indica la región de resistencia negativa a medida que la resistencia disminuye mientras aumenta el voltaje. Está claro que el punto Q se establece en el medio de la curva AB. El punto Q puede moverse entre los puntos A y B durante la operación del circuito. El punto A se llamapeak point y el punto B se llama valley point.

Durante la operación, después de alcanzar el punto B, el aumento de la corriente del circuito aumentará la caída de tensión a través del resistor R que reducirá la tensión V _D . Esto devuelve el diodo a la región de resistencia negativa.

La disminución del voltaje V _D es igual al voltaje V _P y esto completa un ciclo de operación. La continuación de estos ciclos produce oscilaciones continuas que dan una salida sinusoidal.

Ventajas

Las ventajas de un oscilador de diodo de túnel son las siguientes:

• Tiene altas velocidades de conmutación.
• Puede manejar altas frecuencias.

Desventajas

Las desventajas de un oscilador de diodo de túnel son las siguientes:

• Son dispositivos de baja potencia.
• Los diodos de túnel son un poco costosos.

Aplicaciones

Las aplicaciones de un oscilador de diodo de túnel son las siguientes:

• Se utiliza en osciladores de relajación.
• Se utiliza en osciladores de microondas.
• También se utiliza como dispositivo de conmutación de ultra alta velocidad.
• Se utiliza como dispositivo de almacenamiento de memoria lógica.

Después de haber cubierto todos los principales circuitos de osciladores sinusoidales, cabe señalar que existen muchos osciladores como los mencionados hasta ahora. Los osciladores que producen formas de onda sinusoidal son osciladores sinusoidales como se discutió.

Los osciladores que producen formas de onda no sinusoidales (rectangulares, de barrido, triangulares, etc.) son osciladores no sinusoidales que hemos discutido en detalle en nuestro tutorial Circuitos de pulsos .