8/19/2019 Circuitos Electronicos 3 Unidad 4
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Circuitos Electrónicos 3
Generador de Señales
Ing. Gustavo Mesones Málaga
8/19/2019 Circuitos Electronicos 3 Unidad 4
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USMP Circuitos Electrónicos 32
Amplificadores Operacionales
Filtros Activos
Generadores de Señales Convertidores A!" "!A# $!F
Objetivos Analizar y diseñar circuitos osciladores ygeneradores de señal
Contenido referencial del curso
8/19/2019 Circuitos Electronicos 3 Unidad 4
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USMP Circuitos Electrónicos 33
Principios %&sicos de
Generadores de señalesSe estudiar&n los principios %&sicos de los osciladores no lineales'
(as formas de onda senoidales# trian)ulares# cuadradas * de tipo pulso son estudiadas mediante los )eneradores de señales'
Estos )eneradores de funciones son conocidos como multivibradores * se clasifican en tres tipos
Biestable
Monoestable
Astable
(os circuitos usados para este fin usar&n amplificadores operacionales +ue est&n destinados para aplicaciones analó)icas de precisión'
Se ,ace uso de circuitos con retroalimentación
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USMP Circuitos Electrónicos 3-
Principios %&sicos de
Generadores de señales(a estructura %&sica de un oscilador senoidal# consta de unamplificador .con F/ A.s0 0 * una red selectiva de frecuencia
conectada en un la1o de retroalimentación ositiva .con F/ β.s00
otar +ue !s no eiste# solamente es para eplicar el principio
%&sico de funcionamiento'
)()(1
)()(
s s A
s A s A f
β −=
)(1)()( s L
s A s A f −=
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USMP Circuitos Electrónicos 34
Principios %&sicos de
Generadores de señales(a ecuación caracter5stica de 6.s0 es
(ue)o el criterio de oscilación es cuando esto es
0)(1 =− s L1)( = s L
°∠=== 011)()()( OOO j j A j L ω β ω ω
Esto se conoce como el criterio de Bar"#ausen
7mplica +ue para esta frecuencia de oscilación ωO# Af ser& infinita
El circuito tendr& una salida finita para una señal de entrada CE8O
9 por definición es un oscilador '
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USMP Circuitos Electrónicos 3:
E;emplos de osciladores
Oscilador de $uente de %ien .Opamp
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USMP Circuitos Electrónicos 3=
Puente de >ien
Se sa%e +ue
S P
P
Z Z
Z
R
R s L
+
+=
1
21)(
)/(13
1
)( 1
2
sCR sCR
R R
s L++
+=
)/(13
1
)( 1
2
CR jCR j R
R
j Lω ω
ω ++
+
=
?P * ?S son conocidos
Se reempla1a s & j
°∠≡ 01 (ue)o
0)/(1 =− CRCR ω ω RC
O
1=ω .Por la parte
7ma)inaria0
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USMP Circuitos Electrónicos 3@
Puente de >ien
Pero el oscilador de%e cumplir el criterio de la amplitud# lue)o
103
1
)( 1
2
=+
+=
j
R
R
j L ω 21
2 = R
R
E;emplo de oscilador
de Puente de >ien
usando control deamplitud con diodos'
Se su)iere reali1ar
la simulación en
Orcad'f oscB61
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USMP Circuitos Electrónicos 3D
Puente de >ien
E;emplo de oscilador
de Puente de >ien
usando control de
amplitud con diodos'
Se su)iere reali1ar
la simulación en
Orcad'
El potenciómetro sea;usta a 2Ω .del lado deG"0' f osc B61
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USMP Circuitos Electrónicos 3B
Osciladores de despla1amiento
de fase
Modelo )enrico
Modelo con Opamp
6allar la frecuencia de oscilación ωO
7B
72
73
$ $9
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USMP Circuitos Electrónicos 3BB
Osciladores de despla1amiento
de fase
=
+−−+−
−+
00
120
1
2
01
3
2
1 Vx
I I
I
sC R R
R sC R R
R sC
R
(a matri1 para evaluar la salida $9 a partir de $ est& dado por
Se deduce +ue la salida $9 es R I 3=
El determinante de la matri1 H8I vale
+−+
−++=∆ )
12)(()()
12()
1( 22
sC R R R R
sC R
sC R
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USMP Circuitos Electrónicos 3B2
Osciladores de despla1amiento
de fase
(a matri1 para evaluar la salida $9 a partir de $ est& dado por
32
23
)(
1
)(
56
sC sC
R
sC
R R +++=∆
32
23
2
3
)(
1
)(
56
00
01
2
1
sC sC
R
sC
R R
V R
R sC
R R
V R sC
R
I x
x
+++=
∆
−
+−
−+
=
R I V y 3=Finalmente
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USMP Circuitos Electrónicos 3B3
Osciladores de despla1amiento
de fase
(a relación
32
23
3
)(
1
)(
56
sC sC
R
sC
R R
R
V
V
x
y
+++==β
Por el lado del amplificador k AV V
y
x −==
9 aplicando el criterio de Jar,ausen Aβ B K
°∠=+++
−= 01
)(
1
)(
561
32 RCs RCs RCs
k Aβ
6aciendo s ;ω * eliminando la parte ima)inaria''''
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0)(
163 =+
RC j RC j ω ω
Osciladores de despla1amiento
de fase
0)(
16
)(
16
22 =−=+ RC RC j ω ω
Para la parte de &n)ulo#
se deduce la frecuencia de oscilación es RC
O6
1
=ω
Pero a,5 no aca%a el pro%lema# falta compro%ar el criterio de amplitud
129651
)(
51)(
5122
=−
−
=−
−
=−
−
=+
− k
x
k
RC
k
RC j
k
OO ω ω
Se deduce +ue
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USMP Circuitos Electrónicos 3B4
Osciladores Colpitts * 6artle*
"educir las frecuencias de resonancia
)(
1
21
21
C C
C C L
O
+
=ω C L L
O)(
1
21 +=ω
Oscilador Colpitts Oscilador 6artle*
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B:
Osciladores Colpitts * 6artle*
Circuito completo para
Oscilador Colpitts
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USMP Circuitos Electrónicos 3
B=
Osciladores de Cristal
a0 cristal pie1oelctrico s5m%olo del dispositivo
%0 modelo e+uivalente
Comportamiento del cristal respecto a la frecuencia
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USMP Circuitos Electrónicos 3
B@
Multivi%radores Jiesta%les
Es a+uel +ue tiene "OS estados esta%les
otar +ue el circuito O tienefuentes eternas'
Est& supeditado al ruido
Si el nivel del ruido es $L#en la salida ,a%r& (L .B4$"C0
Si el nivel del ruido es $
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USMP Circuitos Electrónicos 3
BD
Multivi%radores Jiesta%les
$7
es una señal de disparo
Estos circuitos son conocidoscomo disparador Sc#mitt
Se consideran elemento dememoria
++= L R R
R
V TH 21
1
−+= L
R R
RV TL
21
1
*igura ,
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2
Multivi%radores Jiesta%les
−= −
2
1
R
R LV TH
−= +
2
1
R
R LV TL
O I V R R
Rv
R R
Rv
21
1
21
2
++
+=+
Cuando $O(L# vL * v7$/(
Cuando $O(
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2B
Multivi%radores Jiesta%les
E;ercicios
B'< Si el Opamp del circuito %iesta%le de la fi)ura B tiene volta;es de
saturación de salida de B3$' "iseñe el circuito para o%tener volta;es
de um%ral de 4$' Para 8BBΩ' Encuentre el valor re+uerido para 82
8pta' B:Ω
2'
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22
Multivi%radores Asta%les
Es a+uel +ue tiene +ue O tiene estados esta%les'
A partir de estos circuitos se pueden construir )eneradores de onda
cuadrada * trian)ular# mediante de circuitos 8C en la1o de realimen<
tación
*igura -
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Multivi%radores Asta%les
Modelo de un multivi%radorasta%le
otar las señales env< * vL
El circuito no contienefuentes de modo +uede%e cumplir el criteriode Jar,ausen para+ue las oscilaciones seconserven'
Para sa%er la forma de ondade $O# se ,ace a travs del
comparador .entrada inversora vL * la
no inversora v
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2-
Multivi%radores Asta%les
Anali1ando la señal v
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24
Multivi%radores Asta%les
Anali1ando la señal v
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2:
Multivi%radores Asta%les
G
e n e r a d o r
d e o n d a t r i a n ) u l a r
*igura /
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2=
Multivi%radores Asta%les
E;ercicio
"ado la fi)ura -' Supon)amos +ue los volta;es de saturación del
Opamp es B$# 8B BΩ# 82 8 BMΩ * C'BµF'Encuentre la frecuencia de oscilación'
8pta' 2=-61'
"educir a partir de cada circuito .Fi) - * Fi) 40 matem&ticamente
(as formas de onda en el tiempo * los criterios de diseño para
(os elementos 8 * C del multi%rivador asta%le
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USMP Circuitos Electrónicos 3
2@
Multivi%radores Monoesta%les
Es a+uel +ue tiene +ue tiene la caracter5stica de )enerar un ulso dedeterminada caracter5stica' Para ello ,aremos uso de un circuitointe)rado conocido como el tempori1ador ///'
Modelo )eneral
del /imer 444
0
-
+
,
1
2/
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2D
Multivi%radores /imer 444
Pero# en realidad si usamos el 444# ste tiene la caracter5sticadeser usado como multivi%rador monoesta%le como asta%le'
3ircuito monoestable
(&ln-453&+.+53
)1( RC t
CC C eV v−
−=
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3
Multivi%radores /imer 444
otemos +ue la constante de tiempo 8C es el +ue determina
el anc,o del pulso
)1( RC t
CC C eV v−
−=
Sustitu*endo
CC TH C V V v3
2== en t /
RC RC RC T 1.10986.1)(3ln ≅==
El tiempo / resulta
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Multivi%radores /imer 444
3ircuito astable
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Multivi%radores /imer 444
[ ] [ ] C R Rt
TLCC CC RC
t
C B AeV V V evvvv )()0()()( +
−−−−=−∞−∞=
Evaluando para /6
CC TL V V
3
1=
C R RC R RT B A B A H )(69.0)(2ln +=+=
Evaluando para /(
[ ] C Rt
TH C BeV v
−
= Es una respuesta natural
CC TH V V 3
2=
C RC RT B B L 69.0)(2ln ==
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Multivi%radores /imer 444
El tiempo total de ciclo es / /6L/(
C R RC R RT B A B A )2(69.0)2(2ln +=+=
El ciclo de tra%a;o .dut* cicle0 +ueda definido como
B A
B A H
L H
H
R R
R R
T
T
T T
T cicleduty
2+
+==
+=
Para el dut* cicle sea del 4N# entonces
B A R R
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USMP Ci it El t ó i 3
3-
*I6
Ing Gustavo Mesones Málaga
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