circuitos electronicos 3 unidad 4

8/19/2019 Circuitos Electronicos 3 Unidad 4

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Circuitos Electrónicos 3

Generador de Señales

Ing. Gustavo Mesones Málaga


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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


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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-


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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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


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


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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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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USMP Circuitos Electrónicos 3B-

0)(

163 =+

RC j RC j ω ω


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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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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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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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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BD


$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


−= −

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


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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23


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-


Anali1ando la señal v


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24


Anali1ando la señal v


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2:


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=


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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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


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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3B


3ircuito astable


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32


[ ] [ ] 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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33


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

circuitos electronicos 3 unidad 4

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