Osciladores y temporizadores en electrónica: tipos, criterio de Barkhausen y 555
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Resumen
El texto explica qué son los osciladores, cómo funcionan según el criterio de Barkhausen y cuáles son sus tipos principales, como el de puente de Wien, el de desfasaje progresivo, los de cristal y los LC. También describe los circuitos LCR resonantes serie y paralelo, y los temporizadores monoestables y astables, incluido el circuito integrado 555.
Puntos clave
- Un oscilador genera señal alterna a partir de la alimentación continua sin necesitar una señal de entrada alterna.
- El criterio de Barkhausen exige que la fase de A*B sea 0º y que la ganancia A*B sea igual a 1 en módulo.
- Los osciladores de cristal ofrecen una estabilidad en frecuencia de hasta 1 ppm, frente a 100-1000 ppm de los LC.
- En resonancia, las tensiones en L y C de un circuito serie son Q veces mayores que la tensión de entrada.
- Los temporizadores monoestables generan un único pulso, mientras que los astables generan un tren de pulsos continuo.
- El temporizador 555 contiene 3 resistencias iguales, 2 comparadores, 1 biestable RS y 1 transistor NPN.
Fundamentos de los Osciladores
Los osciladores convierten la potencia continua de la fuente de alimentación en una potencia de señal alterna de forma espontánea, sin que sea necesaria una fuente de entrada alterna. Por el contrario, un amplificador convierte la potencia continua en potencia alterna de salida solo si existe una señal alterna de entrada externa.
Oscilador de Puente de Wien
Los osciladores de puente de Wien generan señales alternas. Se componen de un amplificador (A) y una red de realimentación (B), generalmente pasiva. Un oscilador lineal se forma conectando un amplificador A y una red de realimentación B selectiva en frecuencia en bucle.
Criterio de Barkhausen
El criterio de Barkhausen establece las condiciones para la oscilación. A(f) y B(f) son complejas. La fase de A*B debe ser 0º y la ganancia A*B debe ser igual a 1 en módulo. Si A es inversor, entonces B = 180º. Si A no es inversor, entonces B = 0º. Si hay caída, necesitamos una ganancia mayor que 1. Si saturamos, necesitamos una ganancia menor. Se requiere una ganancia variable para mantener la oscilación.
Análisis del Oscilador
B = Vout/Vin = Z2 / (Z1 + Z2).
Oscilador de Desfasaje Progresivo
En el oscilador de desfasaje progresivo, la red RC genera un desfasaje de 180º y una atenuación de 1/29. Por lo tanto, tenemos realimentación positiva. Av = 29 = Rf/R3. La última red RC produce realimentación negativa.
Osciladores con Cristal
Los osciladores con cristal ofrecen una gran estabilidad en frecuencia (1 ppm). Los osciladores LC tienen una estabilidad menor (100 ppm a 1000 ppm). Un oscilador de cristal es equivalente a un circuito LCR, por lo que se basa en un oscilador LCR.
Circuito LCR
Los circuitos LCR se utilizan en osciladores a muy alta frecuencia (HF). Tienen un factor de calidad Q mucho mayor y se basan en circuitos resonantes serie y paralelo.
Circuito Resonante Serie
En resonancia, Vin < Q*Vl y Vin < Q*Vc. Q = wL/R. Si R = 0, entonces Q tiende a infinito. Solo en resonancia, la parte inductiva y la parte capacitiva se igualan. En resonancia, las tensiones en L y C son Q veces mayores que la tensión de entrada.
Circuito Resonante Paralelo
A diferencia del circuito serie, en el circuito resonante paralelo, las tensiones Vl y Vc son Q veces mayores que la fuente de tensión. En resonancia, las corrientes en L o C son Q veces mayores que la corriente de entrada. Q = R/(wL) en paralelo, Q = wCR en paralelo y Q = 1/(wCR) en serie.
Condensador Neutralizador
El condensador neutralizador evita la impedancia de entrada negativa. La corriente fluirá a través de Cneut (igual a Cgd) pero con signo opuesto.
Oscilador de Hartley
El oscilador de Hartley es un oscilador donde la red de realimentación B es una red LC.
Efecto Piezoeléctrico
El efecto piezoeléctrico describe cómo las tensiones mecánicas en un material se traducen en tensiones eléctricas y viceversa. Se utiliza un cristal de frecuencia exacta. Se usan entre fs y fp, un margen muy estrecho.
Temporizadores: Monoestables y Astables
Los temporizadores monoestables y astables son osciladores de relajación.
- Monoestables: Generan un único pulso disparado por un flanco o un nivel.
- Astables (o de conmutación): Generan un tren de pulsos continuo. Utilizan conmutadores en vez de amplificadores lineales.
Ejemplos de Temporizadores
- Monoestable discreto: Un único pulso.
- Monoestable con puerta NOR: Un único pulso.
- Astable con transistores: Tren de pulsos.
- Astable con puertas: Tren de pulsos.
El Temporizador 555
El 555 es un circuito integrado temporizador que contiene 3 resistencias iguales, 2 comparadores, 1 biestable RS y 1 transistor NPN.
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PDF Word HTMLPreguntas frecuentes
¿En qué se diferencia un oscilador de un amplificador?
Un oscilador convierte la potencia continua en alterna de forma espontánea, sin señal alterna de entrada. Un amplificador solo genera potencia alterna de salida si existe una señal alterna de entrada externa.
¿Qué establece el criterio de Barkhausen?
Establece las condiciones para la oscilación: la fase de A*B debe ser 0º y la ganancia A*B debe ser igual a 1 en módulo. Si hay caída se necesita ganancia mayor que 1, y si hay saturación, menor.
¿Por qué los osciladores de cristal son más estables que los LC?
Los osciladores con cristal ofrecen una gran estabilidad en frecuencia, de 1 ppm, mientras que los LC tienen una estabilidad menor, de 100 a 1000 ppm.
¿Cuál es la diferencia entre un monoestable y un astable?
Los monoestables generan un único pulso disparado por un flanco o un nivel. Los astables generan un tren de pulsos continuo y utilizan conmutadores en vez de amplificadores lineales.
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