MDULO 3. RADIOCOMUNICACIONES

Bienvenidos al nuevo curso de radiocomunicaciones de Cursosindustriales. Has tenido la oportunidad de estudiar y descargarte cursos de gran calidad de electrnica en la pgina de Cursosindustriales que te permiten afrontar el siguiente curso que comienza ahora mismo.

El mdulo que comienzas a estudiar en ste momento es un mdulo dedicado al estudio de la radiofrecuencia como mtodo de comunicacin y sistemas electrnicos de transmisin de seales por radio.

Este curso forma parte de un mdulo de formacin profesional y un trimestre entero de una carrera profesional en la rama de las telecomunicaciones para la comunicacin, incluso su nivel educativo ser superior al de un mdulo universitario o de formacin profesional.

El curso est compuesto por 20 temas a lo largo del cual se desarrollarn prcticas recomendadas para adjuntar mayor informacin de compresin con los temas en cuestin.

Tambin a la finalizacin del tema, podrs realizar una serie de ejercicios y comprobar tus conocimientos aprendidos hasta el momento del curso.

ETAPAS AMPLIFICADORAS R.F

OBJETIVO.

LA COMPRENSIN Y ESTUDIO DE

LAS ETAPAS AMPLIFICADORAS DE R.F.

OSCILADORES CONVERSORES.

MATERIAL EXTRA.

Oscilador de cristal.

En el curso de electrnica avanzada de cursos industriales, estudiamos el proceso por el cual un amplificador audio a su entrada inserta una seal elctrica de audio pequea y que a la salida obtiene una reproduccin de esa seal pero de mayor potencia que la de entrada.

En los amplificadores de alta frecuencia o de Radiofrecuencia, la seal a amplificar vara desde la mxima frecuencia de audio hasta la mnima seal de microondas, lo que hace que los amplificadores de radiofrecuencia trabajen a un mayor rango de frecuencias que los amplificadores de audio. Este hecho los hace ser selectivos y se les obliga a trabajar dentro de un ancho de banda para que solo amplen una zona del espectro radioelctrico tal y como hacen los receptores de radio actuales.

NOTA DEL AUTOR:

Este curso, y su material es de conocimiento universal, lo puedes copiar, imprimir, estudiar, y traspasar, pero no puedes modificar el contenido si

lo pblicas en otra Web, o cualquier medio de difusin educativo. Si quieres publicarlo en tu Web, por favor, deja el nombre del autor original, para que por lo menos tenga el reconocimiento del curso, ya que sin duda se lo ha ganado al invertir un tiempo para ponerlo a vuestra disposicin.

Aunque el proceso de amplificacin es similar al del amplificador de audio, en radiofrecuencia, la seal elctrica a amplificar es de una frecuencia mucho mayor a la de la primera y eso requiere de nuevos materiales para que no se produzcan perdidas de potencia debido a la ineficacia de los elementos activos del amplificador.

En este sentido, hasta hace un par de dcadas no existan transistores bipolares que tuvieran una Frecuencia de corte lo suficientemente grande como para trabajar con sistemas radioelctricos de alta frecuencia. Por lo que se utilizaban equipos enormes al necesitar vlvulas termoinicas que requeran de un espacio grande y una gran alimentacin.

Pronto se avanz en el estudio del transistor y pronto surgi el transistor de Efecto de Campo cuya caracterstica principal era el aumento de la frecuencia de corte y que empez a usarse en radiofrecuencia debido a su ganancia por su alta impedancia.

Tambin el transistor bipolar sigui evolucionando encontrando valore de la frecuencia de corte mayores. Hoy en da te puedes encontrar con transistores cuya frecuencia de corte sea superior a los 2GHz debido a nuevas tcnicas de construccin y nuevos materiales dopantes.

Amplificadores de radiofrecuencia sintonizados.

Las etapas de radiofrecuencia pueden ser aperidicas o sintonizadas.

Las etapas aperidicas trabajan con un gran rango de frecuencias sin tener preferencias en ninguna de ellas.

Las sintonizadas amplifican una frecuencia especfica. Cuando realizan la amplificacin tambin amplan un ancho especfico de banda, pero eso s, la frecuencia central es la que mayor se amplia, tal cual aparece en la imagen.

Como puedes ver la ganancia en un amplificador sintonizado aumenta ms segn se aproxime a la frecuencia de ser seal a la que se ha sintonizado el amplificador. Pero tambin se amplifica, en menor medida, las frecuencias laterales de la seal.

En amplificadores de radiofrecuencia, para seleccionar la seal central, se recurre a circuitos sintonizados que de acuerdo a su Q, amplificarn ms o menos las frecuencias adyacentes F1 y F2.

Los amplificadores sintonizados pueden tener diversas configuraciones de acuerdo al trabajo que realizarn en el circuito y a la configuracin fsica que se le d en el mismo.

Observa estos tres elementos:

Los amplificadores sintonizados suelen utilizar transformador cuyo primario, o secundario o ambos componen circuitos sintonizados, para lo cual se agregan condensadores.

Otras veces no se utilizan condensadores porque se utiliza las capacidades parsitas del sistema y son generadas por la propia bobina y el efecto Skin de la alta frecuencia.

El ndice de acoplamiento entre las bobina del transformador (K) es un factor muy importante en selectividad.

Adems hay que tener en cuenta la configuracin que afecta cada bobinado con respecto al segundo.

Observa el transformador L3: El primario consta de una bobina primaria L3 y un condensador C3. Este conjunto forma un circuito anti resonante y acta como carga del elemento activo. El secundario parece otro circuito resonante paralelo, pero en realidad es un

circuito resonante serie ya que aplica la seal de excitacin al amplificador y no se amortigua dentro de l.

Ten en cuenta que la seal de ste ltimo circuito no ataca simultneamente al inductor L3 como al condensador C4 (que era lo que pasaba en el primario), sino que a travs del campo electromagntico desarrollado por el primario, se induce en el secundario y de ah circula a travs del condensador C4, por lo que primero circula la seal por L3 secundario y despus por C4 (circuito resonante serie). El secundario se comporta como si fuese la antena.

AMPLIFICADORES CON BIPOLARES

Los amplificadores de alta frecuencia (a partir de ahora amplificadores de radiofrecuencia), basan su funcionamiento en los mismos principios que los amplificadores de audio o baja frecuencia, con la excepcin de que la seal que se va a amplificar es una seal de mayor frecuencia.

Y si has estudiado los cursos de electrotecnia y electrnica en Cursosindustriales, te dars cuenta que la frecuencia en un amplificador tiene mucho que ver, y que adems, el componente activo del amplificador se comporta de una manera u otra dependiendo de la frecuencia de trabajo debido a la:

Frecuencia de corte de un transistor.

La frecuencia de corte de un transistor bipolar establece la frecuencia a partir de la cual, la ganancia del mismo disminuye un 30% de su capacidad de amplificar una seal de esa frecuencia o la seal se reduce -3dB respecto a su patrn de una seal de 0 dB antes de la frecuencia de corte.

http://frecuenciafundamental.blogspot.com.es/2008/07/glosario-frecuencia-de-corte.html

Comportamiento del transistor bipolar a altas frecuencias.

Recuerdas el factor Skin a alta frecuencia que se produca en conductores cuando circula una seal alterna? Este efecto haca que los conductores de la seal de alta frecuencia, adquirieran una carga debido a que la seal viajaba por la parte ms exterior del conductor en vez de propagarse por el interior; como consecuencia, los altos ciclos por segundo de la radiofrecuencia, ofrecen una capacidad del conductor al paso de la seal que afectaba a la impedancia del amplificador.

Pues en un transistor bipolar debido a la alta frecuencia de la seal, se genera capacidades entre sus terminales que juegan un papel muy importante en la amplificacin de radiofrecuencia.

Supn el circuito siguiente:

En alta frecuencia, un transistor bipolar se comporta como puede observarse en el circuito, es decir con una impedancia en cada terminal del dispositivo que habra que tener en cuenta en el clculo ptimo del amplificador.

El circuito est montado en emisor comn y representa las capacidades e impedancias existentes en el interior del mismo. Las impedancias que se generan en el interior son debido a que la juntura de los cristales actan como placas de condensadores, interactuando entre el dispositivo y los conectores y conductores.

Por lo tanto, en el estudio de los amplificadores de radiofrecuencia, se suele tener en cuenta ste valor capacitivo de los terminales y se suele usar sta capacidad en circuitos sintonizados. Sin embargo una caracterstica nica de los amplificadores en emisor comn era que invertan la seal de entrada a la salida unos 180. En alta frecuencia, se produce inversin de fase de un ngulo mucho menor debido principalmente a la capacidad residual generada entre los terminales de

http://localhost/cursosindustriales/cursos/electronica/modulo3/img/1.png

entrada y salida y que est indicada en el esquema mediante Cbc, evita la inversin de fase completa de acuerdo a su valor de capacidad.

Pero como la capacidad de los terminales y la frecuencia est ligada

fsicamente mediante la frmula de la reactancia capacitiva 1 2fC, a medida que aumenta la frecuencia, disminuye la reactancia capacitiva y como la seal de salida por el colector se aplica a la entrada a travs de sta capacidad Cbc, se produce una realimentacin negativa de la amplificacin de la seal, es decir se produce una atenuacin de la seal que ser mayor cuanto mayor sea la frecuencia.

Puedes observar como la seal realimentada en una segunda vuelta, reduce la seal de entrada y por tanto la ganancia del amplificador de radiofrecuencia.

Puede ocurrir tambin lo contrario, es decir una realimentacin positiva y la consiguiente sobre amplificacin debido a una capacidad exterior producida por un mal acoplamiento o un diseo del circuito mal calculado, haciendo que la etapa empiece a oscilar, cosa que no interesa en amplificacin de radiofrecuencia, pero si en radiacin de seal.

Circuitos de neutralizacin.

Has visto anteriormente que los circuitos amplificadores de radiofrecuencia tienen asociada una capacidad interna debida principalmente al efecto que tiene la seal de alta frecuencia sobre los conductores elctricos.

Este efecto, aunque se aprovecha en nuestro favor, muchas veces no es adecuado sobre todo cuando necesitamos acoplar etapas en el amplificador.

Existen circuitos para evitar que la capacidad residual de los componentes por la alta frecuencia, no afecte al circuito en s, y eso son los circuitos de neutralizacin.

Un circuito de neutralizacin toma parte de la seal de salida y la aplica a la base del transistor de manera que anule la que se ha transferido mediante la capacidad residual Cbc.

Para conseguir la neutralizacin la realimentacin del circuito debe de ser positiva, consiguindose mediante mallas desfasadoras o por medio de un transformador con punto medio, tal como puedes ver en el esquema siguiente.

En el esquema puedes ver como la malla desfasadora conectada a la salida del colector, invierte la seal de salida y la reenva a la entrada mediante la malla de realimentacin. Cuando llega a la entrada, la misma neutraliza a la seal realimentada por el condensador residual Cbc, quedando as nicamente la seal original de entrada.

Ten en cuenta que si no realizas bien los clculos y adems no tienes en cuenta el efecto de la temperatura sobre el transistor, se puede producir una amortiguacin de la seal en forma de auto oscilacin. Para reducir el riesgo de auto oscilacin simplemente hay que sustituir el condensador residual Cbc por un condensador real entre la salida y la base del transistor.

Amplificadores de radiofrecuencia en base comn.

Otro de los montajes usados en amplificacin es el montaje en base comn en el cual la seal de entrada entra entre el terminal de base y el terminal de emisor y sale entre el terminal de base y el terminal de colector.

ste tipo de montaje no ofrece inversin de fase con respecto a la entrada y adems, como la base est conectada a la salida de seal conectada a masa, ofrece un blindaje a la seal para evitar la realimentacin residual, por lo que

no es necesario recurrir como en el anterior ejemplo a circuitos de neutralizacin.

En alta frecuencia, la amplificacin en base comn es superior que en un circuito en emisor comn a partir de un cierto valor de la frecuencia. En baja frecuencia, el amplificador en base comn era muy inferior al amplificador de baja frecuencia en emisor comn, pero en alta frecuencia, los valores de amplificacin de seal en base comn son muy altos y alcanzando unos ciertos lmites de frecuencia, la amplificacin es mayor incluso que en emisor comn.

Por esa razn, se suele escoger esta configuracin en amplificadores sintonizados. Puedes ver que la ganancia es inferior a la que se consigue mediante la primera configuracin, pero para las frecuencias altas la ganancia es buena. Se suelen utilizar varias etapas para obtener un nivel de amplificacin adecuado.

Transistores en radiofrecuencia.

Debido a la frecuencia de corte en la cual, los transistores convencionales pierden capacidad para amplificar a partir de cierta frecuencia, se necesit la creacin de nuevos componentes de mayor rendimiento y mayor frecuencia de corte.

Los transistores de Silicio de alta ganancia desplazaron a los de Germanio y permitieron construir etapas amplificadoras de radiofrecuencia sin prdidas aparentes.

Pero en la actualidad se utilizan los transistores de efecto de campo, que ofrecen mayores transconductancias, mayores impedancias de entrada y mejor control de la ganancia.

Pero hoy en da siguen usndose transistores comunes que se configuran en circuitos de emisor comn y en base comn eso s, adaptando sus circuitos para obtener un mejor rendimiento.

Modelo amplificador convencional (con transistor bipolar).

A continuacin voy a explicar el funcionamiento de un amplificador de radiofrecuencia con un transistor bipolar tipo NPN.

El funcionamiento del amplificador es similar al estudiado en baja frecuencia, pero con la diferencia de que la seal de entrada es mayor y requiere de una malla reactiva.

Si analizamos el circuito, lo primero que podemos apreciar de otros cursos es la polarizacin que est designada por las resistencias R1, R2 y R3, siendo R1 la resistencia que polariza el diodo emisor y R3 la resistencia del diodo colector. La resistencia R2 alimentar otra parte del circuito llamada C.A.G que estudiaremos en los receptores de radio.

Podemos establecer dos circuitos, uno de continua y otro de alterna:

El circuito de continua, los electrones de la fuente de alimentacin llegarn desde masa a R1 y pasar por el emisor del transistor. De ah pasarn al colector atrados por la atraccin de la fuente conectada al colector a travs de R3, pasando antes por la bobina L2 que se encuentra en su camino.

El circuito de alterna es ms complicado. La seal de la antena atraviesa L1 y entra en el circuito anti resonante sintonizado a la frecuencia a amplificar. Recuerda que un circuito resonante paralelo ofrece mxima reactancia a la frecuencia de trabajo, lo cual a travs del transformador se va a aplicar al circuito toda la mxima seal de la antena a la frecuencia de trabajo. Esa seal se va a aplicar sobre la base del transistor en donde saldr por el colector en donde se encuentra por un conjunto de condensadores y una bobina que sern los encargados de acoplar la seal a la siguiente etapa.

El condensador C3 se encarga de evitar la realimentacin residual a la entrada del amplificador.

En la salida del circuito vers que existen un grupo de condensadores conectados junto a la bobina de salida L2. El circuito resonante formado por el grupo de bobina y condensadores L2, C5, C7 y C8, entra en resonancia con la seal amplificada por el transistor. Por qu entran en juego estos condensadores? Observa el detalle de la conexin:

En el circuito puedes ver que C3 est en paralelo con L2, y a la vez, L2 est en paralelo con el grupo de condensadores C8 (variable), C5 y C7.

Por tanto estamos hablando de dos circuitos resonantes, el formado por el conjunto L2 - C3, y el formado por el conjunto L2 - C5, C7 y C8.

No se han diseado a lo loco ste circuito ya que tienen cada uno una finalidad.

El primer circuito L2 - C3 es un circuito anti resonante pero est calculado para que no entre en resonancia a la frecuencia a amplificar, sino a las frecuencias armnicas de la seal (recuerda en el tema anterior hablamos de seales residuales en ambos extremos del ancho de banda). Estas frecuencias armnicas se llaman tambin frecuencias imagen y que las estudiaremos ms tarde.

El segundo circuito resonante si est diseado para entrar a la frecuencia de resonancia gracias al condensador C8 que es variable y podemos seleccionar la frecuencia adecuada. Cuando la seal amplificada llega al circuito entra en resonancia en el circuito y despus sale esa seal especfica por el conjunto C5 - C7 en direccin a otra etapa.

De esta forma, la frecuencia imagen quedar atenuada dentro del circuito L2 - C3 mientras que la seal amplificada ser enviada a travs de C5 - C7 a la siguiente etapa que puede ser la etapa de potencia.

Otro detalle importante es que, si has sido observador podrs ver que C5, C7 y C8 estn en serie entre s, lo que implica que elctricamente estn conectados en paralelo. C8 suele ser el condensador ms pequeo de los tres, y por esa regla de tres, el valor del conjunto total es inferior al valor de C8.

Por tanto es el condensador C8 variable el que interviene en el proceso de resonancia junto a L2.

C5 y C7 tienen la misin fundamental de acoplar la seal a la entrada de la etapa siguiente en forma de impedancia capacitiva. Este conjunto de condensadores forman lo que se conoce como un divisor capacitivo.

Por el otro lado, tenemos el circuito de entrada y un circuito de conexin al famoso C.A.G al cual no interesa que llegue la seal de la antena.

Para ello, se recurre a una malla de condensadores que hacen que a la frecuencia de resonancia, la seal ofrezca menor impedancia por ellos que por el circuito habitual. Por ello, los condensadores C1 y C4 ofrecen muy poca

impedancia a la seal, para que as sta se derive a masa directamente y no circule hacia el C.A.G.

Etapa amplificadora en montaje de base comn.

En electrnica has estudiado las caractersticas de ste circuito y hemos mencionado que en amplificacin de radiofrecuencia es incluso superior que el circuito de emisor comn en baja frecuencia. Adems el circuito en base comn no ofrece inversin de la seal de entrada a la salida.

El circuito de base comn tiene este aspecto:

Como puedes ver tan solo cambia la configuracin del transistor, ya que los dems elementos estn prcticamente de la misma forma.

El primer condensador, de 27pF en paralelo con el circuito, tiene la misin de hacer que el resto de frecuencias a las seleccionadas por el filtro resonante se pierdan a travs de masa.

Para el estudio, nosotros queremos captar una frecuencia de 200MHz.

A la antena llegan varias seales de diferentes frecuencias, pero a nosotros nos interesa captar una seal que viaja a 200MHz del espectro electromagntico.

A esa frecuencia, el primer condensador de 27pF ofrece una reactancia de 30 Ohmios, mientras que el segundo condensador ofrece una reactancia de 120 ohmios.

Recuerdas en el curso de electrnica cuando hablbamos de la frecuencia de resonancia y los circuitos resonantes? (repasa el curso de electrotecnia de Cursosindustriales).

Pues bien, el condensador que presenta mayor reactancia, forma parte de un circuito resonante serie junto con la bobina L1 y que los dos elementos entran en resonancia con la frecuencia de 200MHz gracias al condensador variable Ce. Esa frecuencia de 200MHz ser entregada al emisor del transistor gracias al condensador de 3,3pF acoplando las impedancias. El primer condensador llevar a masa todas las frecuencias diferentes a la de resonancia.

Como el circuito es base comn, la base est conectada a masa, por lo cual la seal entrar desde masa a travs del condensador de base, el cual presenta muy baja reactancia a la seal de 200MHz. Adems ste condensador bloquea la componente continua de la red de polarizacin.

La capacidad base - emisor est en paralelo con el condensador de 15pF de la entrada del transistor. Entonces la que introduce la realimentacin, el condensador base - colector queda conectado a masa directamente, lo cual impide que se produzca una realimentacin negativa ya que la entrada de seal se efecta a cabo nicamente a travs del condensador de entrada a base.

El circuito colector est sintonizado con L2 y los condensadores Cs y el de 68pF, que acopla la salida a la etapa siguiente.

AMPLIFICADORES CON EFECTO DE CAMPO

Como hemos ya estudiado en cursos de electrnica anteriores, el transistor de efecto de campo ofrece alta impedancia de entrada. Esta caracterstica de los transistores de efecto de campo favorecen el uso de los mismos en la amplificacin de radiofrecuencia entre distintas etapas sintonizadas, ya que su alta impedancia no altera el valor de Q (Quescint point) de los mismos.

Dado el circuito siguiente:

Ya sabes que estos transistores son muy delicados a las tensiones elctricas.

El primer componente que nos encontramos en este amplificador es un filtro de proteccin. Si por cualquier fenmeno elctrico a la antena llegara una tensin mayor que la polarizacin del transistor, es decir mayor de 0,7 voltios, esa tensin har que los diodos D1 y D2 conduzcan y lleven a seal a masa directamente (Si la seal es positiva conducir D1. Si es negativa D2).

EL condensador C1 variable y la bobina L1 forman el circuito anti resonante que designar la seal a amplificar.

Mientras los condensadores C1 y C3 ofrecen muy poca reactancia capacitiva a la frecuencia de la seal que se quiere amplificar.

Las resistencias R1, R2 y R5 polarizan al transistor y le proporcionan una ganancia esttica para la seal, mientras que la resistencia R4 proporciona una realimentacin positiva de la seal de salida a la entrada del transistor para neutralizar la realimentacin negativa residual.

El condensador C4 ofrece muy poca reactancia para la realimentacin positiva, lo cual evita que la seal llegue al C.A.G y se pierda por masa.

Todos los amplificadores de radiofrecuencia tienen la misma estructura: adaptacin de impedancias, amplificacin y adaptacin para la nueva etapa.

Veamos un circuito ms simple:

Observa como los condensadores C3 y C2 estn entre el circuito anti resonante ya que son los encargados de hacer que la seal pase como si fuera un cortocircuito por ellos hacia la entrada del amplificador.

R1 y el conjunto R4, C4 polarizan al transistor.

La salida del drenador se lleva por C5 hacia la entrada de la nueva etapa representada por la resistencia R5 en la imagen. Paralelamente a la salida del drenador hay un choque de radiofrecuencia cuya funcin es hacer que las frecuencias residuales vayan a masa dejando salir la frecuencia de la seal.

Etapa amplificadora de radiofrecuencia con compuerta a masa.

EL siguiente circuito corresponde a un amplificador de radiofrecuencia con un transistor de unin de efecto de campo y una nica etapa.

Como puedes ver este circuito es ms sencillo an. La puerta del transistor est conectada a masa y no requiere de ningn condensador tal como lo necesitaba el circuito de base comn del transistor bipolar. Esto se debe a que la puerta no necesita polarizacin en corriente continua.

Al igual que en cualquier circuito amplificador tiene dos componentes. Una continua y otra de seal.

La componente continua entra desde masa a travs de R1, atraviesa la bobina L1 y llega al surtidor en donde pasa al drenador para continuar por L2 y R2 hasta llegar al positivo de la alimentacin.

La seal entra por la antena y el circuito resonante entra en resonancia a la frecuencia deseada de la seal gracias al condensador variable de entrada. La seal sale por C5. El conjunto anti resonante formado por L2 - C3 es la carga del transistor.

El conjunto formado por R2 y C4 conforman un filtro que hace que la seal no llegue a la fuente de alimentacin continua.

CIRCUITOS OSCILADORES.

Aunque ya los estudiamos en el curso de electrotecnia, es imprescindible conocer el funcionamiento de un circuito oscilador, ya que ser uno de los circuitos imprescindibles en las radiocomunicaciones.

Un oscilador es un circuito electrnico que hace que una seal alterna vare en el tiempo a ritmo de una frecuencia dada.

La oscilacin de dicho circuito tiene una caracterstica especial y es que en cada ciclo desarrollado de la seal, disminuye su amplitud; es decir la seal de un circuito oscilante es una seal amortiguada.

El siguiente circuito muestra un oscilador.

Cuando se cierra el interruptor circula corriente por L1 hasta el momento en que se carga el condensador C1 y deja de circular corriente. En ese momento el condensador C1 est cargado.

Cuando se abre el interruptor, C1 se convierte en la fuente de alimentacin y se descarga a travs de L1.

Pero la grandeza del circuito es que el condensador se descarga rpidamente debido a la baja impedancia de la bobina L1, y la corriente en la bobina L1 produce una induccin sobre ella generando una corriente inversa a la del condensador y, que hace que el condensador se vuelva a cargar de nuevo con corriente elctrica, pero de sentido contrario. Cuando cesa la induccin, el condensador se ha cargado de nuevo de electricidad, pero de diferente polaridad. Empieza la descarga de la corriente sobre la bobina L1 de igual manera, pero ahora la bobina L1 produce una induccin de sentido contrario y carga al condensador con la polaridad original del primer ciclo.

El circuito no est infinitamente realizando la transferencia de energa, sino que en cada intercambio de energa, parte de ella en forma de calor y magnetismo (autoinduccin), se pierde en el proceso, por lo cual a la salida del circuito obtendramos una seal tal cual se muestra en la imagen.

Aunque ste es el circuito bsico, vemos como la onda se amortigua automticamente hasta el momento en que deja de existir, momento en el cual

deberamos de cerrar el interruptor para que pasara ms energa al circuito y cargara de nuevo al condensador.

En telecomunicaciones las ondas amortiguadas no sirven para mucho, pues necesitamos oscilaciones que mantengan su amplitud en unidad de tiempo. Para ello, se recurre a los circuitos osciladores que bsicamente son amplificadores de radiofrecuencia que aprovechan la realimentacin positiva de la seal de salida en la entrada para que as se produzca una seal de amplitud constante.

Oscilador Armstrong.

Este oscilador est formado por un amplificador que requiere de un transformador con punto medio.

En el siguiente esquema puedes ver la configuracin del circuito.

Aunque puede confundir la configuracin, el circuito es un amplificador en emisor comn.

La corriente continua circula por R1, R2 y R3 desde VCC a masa polarizando el diodo emisor y el diodo colector.

El secundario del transformador y el condensador C1, forman el circuito oscilante. La realimentacin positiva se lleva cabo a travs del primario del mismo ya que la salida del transformador se conecta al primario. Ten en cuenta la seal de salida est invertida respecto a la entrada, lo que a primera vista nos indica una realimentacin negativa. Pero fjate en que el secundario tiene un punto medio. La consecuencia es que a la salida de la seal, que se obtiene mediante C2, la fase cambia de valor en uno de los extremos del secundario, aplicndose la realimentacin positiva a la salida y as se evita que se pierda la seal.

Este tipo de circuitos no son muy utilizados porque el gasto energtico no es suficiente para producir una onda constante. Adems requiere de transformadores y bobinados especiales que ofrezcan poca reactancia a la frecuencia, por no decir que se requiere de una baja ganancia para no producir distorsin en la modulacin.

Oscilador Hartley.

Este circuito es uno de los ms famosos y utilizados en los distintos equipos por su seguridad de funcionamiento y su estabilidad elctrica.

El circuito se puede decir que es una mejora del anterior oscilador, ya que se basa en l.

La diferencia con el anterior es que no requiere de transformador, sino de una bobina con punto medio. Como puedes ver la bobina se conecta al emisor. R1 y R2 polarizan al transistor. La seal oscilante se inyecta al emisor en donde se amplifica. La salida se lleva a travs de C3 de vuelta al circuito oscilador, pero como la bobina tiene punto medio, la parte que se vuelve a introducir en el transistor es de la misma polaridad que el anterior ciclo.

De todas maneras este oscilador no se suele utilizar mucho debido principalmente a que si es necesario cambiar de frecuencia de trabajo, se requiere cambiar la bobina y redisear el sistema de nuevo.

Oscilador Colpitts

Este oscilador no presenta el inconveniente del oscilador Hartley de utilizar una bobina con punto medio.

En este circuito se sustituye una bobina de tres terminales por una bobina normal de dos terminales. El desfase de seal para la realimentacin se consigue por un divisor capacitivo.

El circuito es el siguiente:

Oscilador Ultra audicin.

En muchos circuitos sintonizados se aprovechan las capacidades residuales y parsitas que generan las ondas en el circuito.

Este tipo de oscilador es similar al anterior pero con la diferencia de que el divisor capacitivo real se sustituye por el divisor parsito que generan frecuencias altas. Se usa este tipo de oscilador en amplificadores de muy alta frecuencia.

En este curso no veremos ningn equipo que aproveche esta capacidad parsita.

OSCILADOR DE CRISTAL.

Los circuitos osciladores que acabas de estudiar, te permiten seleccionar la frecuencia de trabajo, al seleccionar adecuadamente los componentes que tiene el circuito oscilador.

Pero como los componentes que utilizan estos circuitos son sensibles a cambios de temperatura, humedad, tensin, e intensidad, la frecuencia de dichos circuitos se puede ver afectada y ser modificada por los efectos comentados.

Como en radiocomunicaciones es muy importante establecer una frecuencia de transmisin totalmente estable, se han encontrado soluciones para evitar cambios indeseados de la frecuencia, como por ejemplo, encerrar el componente en cuestin dentro de un recipiente al vaco (manteniendo la temperatura y presin constante), o diseando al mismo circuito dentro de una misma placa semiconductora (circuito integrado).

Pero aparte de stas soluciones, tambin se recurre a utilizar osciladores de cristales, cuya estabilidad de frecuencia es muy superior a la obtenida en los circuitos osciladores estudiados hasta ahora.

MATERIAL EXTRA.

OSCILADOR A CRISTAL.

Qu es un cristal piezoelctrico?

Un cristal piezoelctrico es un mineral, como por ejemplo el Cuarzo, que genera electricidad cuando recibe una presin fsica.

Est claro que una roca de cuarzo no va a producir electricidad de manera efectiva aunque la estuvisemos dando patadas todo el da, pero si ese mineral lo cortamos en tiras de grosor milimtrico, obtendramos unas placas piezoelctricas que podramos utilizar para generar pulsos de frecuencias muy estables.

Una lmina de material piezoelctrico es capaz de deformar sus lminas cuando se conecta a una fuente de alimentacin. Al desconectar la alimentacin a la placa piezoelctrica, la placa volvera a su posicin inicial, pero vibrando el cristal hasta su detencin total. Ocurre lo inverso en una lmina piezoelctrica; si aplicamos una presin fsica a sta, generar una diferencia de potencial entre extremos del cristal. Cuando dejemos de presionar, la piezoelectricidad generara tendr una componente alterna de acuerdo a la frecuencia de resonancia del cristal.

De lo anterior podemos establecer un fenmeno fsico universal.

Se puede utilizar un cristal piezoelctrico como circuito oscilador.

Caractersticas del cristal.

La frecuencia que desarrolla el cristal depende de varios factores, pero el ms importante a destacar es el de las dimensiones de la lmina y el eje en que se ha cortado del cristal.

Todo cristal mineral se cataloga en funcin de varios aspectos fsicos como su constitucin, su dureza, su elasticidad, su opacidad o los nmeros de caras que tiene.

El cristal de cuarzo es un mineral de origen natural compuesto principalmente por silicio y oxgeno. En su configuracin qumica, forma cristales hexagonales que se pueden diferencias varias caras y ejes como la que muestra la imagen siguiente.

Los ejes clasificados de un cristal, se suelen clasificar como eje elctricos X e Y, y el eje ptico, eje Z.

Cuando se corta el cristal para obtener un rectngulo tridimensional el factor que determina la frecuencia de resonancia de la lmina viene dada por el espesor de misma.

Pero claro, existe un espesor mximo por lo que la frecuencia estar limitada a un espesor especfico de la lmina del cristal. Pero tambin un cristal demasiado delgado resultara muy ineficaz debido a que es muy frgil.

La frecuencia del cristal se comporta de manera que a mayor grosor, menor ser la frecuencia de resonancia. Por el contrario, mientras menor sea el grosor

de la lmina, mayor ser la frecuencia de resonancia. El problema est en que, como he comentado, a menor grosor, ms probabilidades de romperse tendr la lmina, ya que con poca tensin elctrica se fracturara.

Para solucionar este ltimo problema y conseguir cristales delgados que trabajen a altas frecuencias, se hace trabajar al cristal en sobretono.

Sobretono del cristal.

El sobretono de un cristal es un componente senoidal de forma alterna de mayor frecuencia que la frecuencia fundamental.

En la imagen anterior puedes ver como los primeros armnicos de la seal fundamental estn en fase con la onda fundamental, pero la frecuencia de estos armnicos es del doble que la frecuencia fundamental.

Estos primeros armnicos, tambin tienen otros armnicos del doble frecuencia y a su vez, existen otros armnicos de tercer orden, etc., etc.

Se llama al sobretono al segundo armnico de la seal.

Existen otros sobretonos de acuerdo a los armnicos de la seal. De tal forma que el segundo sobretono es el tercer armnico, el tercero es el cuarto, etc., etc.

Para hacer trabajar al cristal en sobretono, se utiliza un circuito resonante que permite seleccionar la frecuencia de sobretono que genera el cristal.

Oscilador Colpitts a cristal.

El siguiente circuito es similar al circuito oscilador Colpitts. La diferencia con el primero est en que se ha sustituido el circuito resonante paralelo por un cristal de una frecuencia dada.

En el circuito el cristal vibra a la frecuencia de resonancia. Cuando se conecta el cristal al circuito de antena, a travs de C3 se saca la seal de la frecuencia de resonancia del cristal hacia el amplificador.

Oscilador Miller a cristal.

Este cristal suele funcionar en su frecuencia fundamental o en sobretono. El siguiente circuito utiliza un transistor de efecto de campo con su compuerta y drenador sintonizados por un circuito resonante paralelo.

La entrada del circuito est sintonizada mediante el cristal piezoelctrico, conectado al colector. La salida del transistor lo forma el circuito formado por el circuito resonante C1 y L1.

Para que funcione el circuito, la resonancia del circuito anti resonante debe de ser la misma que la resonancia del cristal o una frecuencia sobretono del cristal.

Oscilador Pierce.

El circuito anterior funciona con el sistema resonante a la frecuencia del cristal o sobretono. En el circuito, el cristal se conecta entre el colector y la base.

Como la tensin en el circuito de oscilacin es muy dbil y la impedancia del cristal es muy elevada, no hace falta colocar como en circuitos anteriores, un condensador de bloqueo de la corriente elctrica en serie con el mismo.

Variacin de la frecuencia de salida.

Aunque he indicado que frecuencia de resonancia del cristal es fija, se puede conseguir variar la frecuencia del cristal poniendo en serie o paralelo (segn el circuito resonante), un condensador variable.