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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Teoría: osciladores. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante Principios generales de generación de oscilaciones Sabemos que nada viene de la nada. Para producir cualquier acción en la naturaleza, por ejemplo, para crear movimiento, es necesario gastar una cierta cantidad de energía. Las oscilaciones, incluidas las eléctricas, son uno de los tipos de movimiento. Se necesita energía muscular para hacer girar el columpio, se necesita la energía del vapor o del agua acumulada frente a la presa para hacer girar la turbina y generar una corriente de frecuencia industrial (50 Hz). De la misma manera, la energía de la fuente de alimentación le permite excitar el generador de radiofrecuencia, que, de hecho, es un convertidor de energía de CC en energía de vibración de alta frecuencia; estas pueden amplificarse y llevarse a la antena del transmisor de radio. En los primeros transmisores de radio, por ejemplo, las funciones de generación y amplificación de oscilaciones se combinaron en un dispositivo, hecho en un potente tubo de radio (e incluso antes, en una chispa o un espacio de arco o una máquina de alta frecuencia). Posteriormente, resultó ser más conveniente generar oscilaciones de potencia relativamente baja (pero muy estables) y luego amplificarlas al nivel deseado. Los generadores en los que las oscilaciones se producen de forma independiente se denominan autoexcitados o autoosciladores, y los amplificadores de potencia de oscilaciones de alta frecuencia a menudo se denominan generadores con excitación extraña. Los generadores de baja potencia (osciladores locales) están disponibles en casi todos los receptores de televisión y de radiodifusión. Forman parte de un convertidor de frecuencia, un dispositivo que sirve para transferir la señal de la frecuencia recibida a la llamada frecuencia intermedia, en la que se lleva a cabo la amplificación principal, el filtrado y el procesamiento de la señal. Tal receptor se llama superheterodino. El oscilador generalmente contiene un elemento amplificador, cuya salida está conectada a la entrada por un circuito de retroalimentación (OS), como se muestra en la Fig. 44.
La polaridad de las oscilaciones que llegan a la entrada a través del circuito OS debe ser tal que mantenga las oscilaciones ya existentes en el sistema, aumentando su amplitud, tal OS se denomina positiva (POS). Cuando el coeficiente de transferencia de bucle del elemento amplificador - el circuito OS es más de uno, el más mínimo empujón, incluso las fluctuaciones térmicas, es suficiente para causar oscilaciones en el oscilador. Su amplitud irá aumentando hasta que se active algún mecanismo de restricción que reduzca la ganancia, por ejemplo, hasta que se limite la amplitud en el elemento amplificador. Generadores de relajación Si se utiliza un amplificador de banda ancha y un circuito OS en el oscilador (banda ancha significa pasar una banda de frecuencia amplia, desde la más baja hasta la más alta), se obtendrá un oscilador de relajación. El proceso de autoexcitación en él ocurre tan rápido que incluso un ciclo (período) de oscilaciones no tiene tiempo para pasar, ya que el elemento amplificador está en modo de saturación (limitación). Después de eso, el dispositivo debe "descansar" durante un tiempo (relajarse - descansar) para volver a su estado original, después de lo cual se repetirá el proceso. Los generadores de relajación producen oscilaciones no sinusoidales. Sobre su base, se crean generadores de pulsos cortos de voltaje rectangular, triangular o de alguna otra forma especial. Se utilizan, por ejemplo, para generar un voltaje de barrido en televisores. La mayoría de las veces, no hay inductores en los generadores de relajación (una excepción es un transformador en un generador de bloqueo), y la frecuencia o el período de oscilación está determinado por la duración de la carga-descarga de los condensadores a través de las resistencias, es decir, la constante de tiempo de Circuitos RC (t = RC). Uno de los osciladores de relajación más simples generalmente se realiza en un disparador Schmitt (Fig. 45, a), un dispositivo cuyo voltaje de salida puede tomar dos valores: alto (digamos, 5 V) y bajo (3 V). Si el voltaje en la entrada del disparador aumenta, entonces a un cierto valor (por ejemplo, 2 V), el voltaje de salida se vuelve bajo y cuando el voltaje de entrada cae por debajo de otro umbral (por ejemplo, XNUMX V), se vuelve alto. Por lo tanto, la característica de transmisión del disparador Schmitt tiene la forma de un bucle de histéresis rectangular, que se indica mediante la figura en su símbolo. El hecho de que el voltaje de salida esté invertido, es decir, tenga la polaridad opuesta en relación con la entrada, se indica mediante un círculo en el pin de salida del microcircuito. Los disparadores Schmitt listos para usar están disponibles en varias series de microcircuitos digitales producidos por la industria.
Este generador funciona así. Después de encenderlo, el capacitor C1 se descarga, el voltaje en la salida DD1 es alto. El condensador C1 comienza a cargarse a través de la resistencia R1 y, después de un tiempo, el voltaje a través de él alcanza el umbral de conmutación del disparador superior (3 V). El voltaje de salida cae abruptamente a cero y el capacitor comienza a descargarse a través de la misma resistencia. Cuando el voltaje en él cae al umbral de conmutación inferior (2 V), el voltaje de salida salta r. Este proceso se repetirá periódicamente: se producirán autooscilaciones. La forma de voltaje en el capacitor es casi triangular (Fig. 45,b), y en la salida del generador es rectangular (Fig. 45,c). Consideremos otro oscilador de relajación ampliamente utilizado fabricado con elementos discretos: un multivibrador (Fig. 46).
De hecho, este es un amplificador de transistor de dos etapas con comunicación entre las etapas a través de un condensador de desacoplamiento C1. El condensador C2 conecta la salida del amplificador a la entrada, creando un sistema operativo. Debido a que cada etapa invierte la señal, después de dos etapas, la señal no se invierte y la retroalimentación es positiva. R1 y R4 son resistencias de carga de etapa, y R2 y R3 son resistencias de polarización que establecen una corriente de base inicial para saturar los transistores. En los colectores de los transistores, se forman pulsos en contrafase, que tienen una forma casi rectangular. Si los valores de las resistencias y los condensadores son los mismos, los pulsos tendrán la misma duración; dicho multivibrador se llama simétrico. Con diferentes denominaciones de partes, los pulsos se volverán asimétricos: un medio ciclo es más corto, el otro es más largo. El multivibrador se vuelve asimétrico. Hay muchos circuitos de osciladores de relajación, puede familiarizarse con ellos en la literatura de ingeniería de radio dedicada a la tecnología de pulso. Hoy en día, tales dispositivos se realizan en la mayoría de los casos en microcircuitos digitales, que son más simples, más convenientes y más confiables. Autor: V.Polyakov, Moscú
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