El curso de diseño de radioreceptores ha llegado a su fin, y con él nos llevamos multitud de nuevos conocimientos que anteriormente no teníamos. Nos hemos adentrado en el interior de los distintos diagramas de bloques vistos durante los estudios de grado, los cuales siempre no han sido presentados como cajas.
Gracias a este curso, el transistor ya no es un misterio ni tampoco el como realizar un oscilador, y por supuesto, la radio.
sábado, 7 de enero de 2017
sábado, 17 de diciembre de 2016
Reinventando la Radio. Semana 13.
Esta semana nos hemos centrado en el procesado digital de señal. La motivación se encuentra en la necesidad de bajar en frecuencia el tono a 10 kHz, obtenido en nuestro receptor super heterodino, a 1 kHz. Esta última bajada en frecuencia se debe a que se desea una buena audición del tono producido y el oído humano es especialmente sensible a 1 kHz.
Debido a la complejidad que añadiría al sistema implementar dicho cambio usando elementos de hardware, se procede a trabajar con elementos de software.
- El programa escogido para realizar el procesado mediante software es BasicDSP, un programa altamente instructivo y que ofrece muchas posibilidades.
- En dicho programa se definen las entradas como in, inr (si se trata de la entrada derecha) o inl (si se trata de la entrada izquierda), y las salidas de la misma forma como out, outr o outl. Una vez definidos los parámetros se realizan operaciones matemáticas con ellos para procesar la señal.
- El programa está formado por dos ventanas, una contiene un editor de texto para introducir las operaciones de procesado y debajo una pequeña interfície gráfica con algunos parámetros de configuración como lo són la entrada escogida (tarjeta de sonido, impulso...)
- Para el caso que nos conlleva, bajar una señal de 10 kHz a 1 kHz, el código que se debe implementar es el siguiente:
samplerate=48000
sawtooth=mod1(sawtooth+slider1)
osc=sin1(sawtooth)
x=inl
y=inr
z=x-y
en=z
mix=osc*en*20
lpfa=lpfa+slider2*(mix-lpfa)
lpfb=lpfb+slider2*(lpfa-lpfb)
outl=lpfb*100*slider3
outr=z*slider4
Debido a la complejidad que añadiría al sistema implementar dicho cambio usando elementos de hardware, se procede a trabajar con elementos de software.
- El programa escogido para realizar el procesado mediante software es BasicDSP, un programa altamente instructivo y que ofrece muchas posibilidades.
- En dicho programa se definen las entradas como in, inr (si se trata de la entrada derecha) o inl (si se trata de la entrada izquierda), y las salidas de la misma forma como out, outr o outl. Una vez definidos los parámetros se realizan operaciones matemáticas con ellos para procesar la señal.
- El programa está formado por dos ventanas, una contiene un editor de texto para introducir las operaciones de procesado y debajo una pequeña interfície gráfica con algunos parámetros de configuración como lo són la entrada escogida (tarjeta de sonido, impulso...)
- Para el caso que nos conlleva, bajar una señal de 10 kHz a 1 kHz, el código que se debe implementar es el siguiente:
samplerate=48000
sawtooth=mod1(sawtooth+slider1)
osc=sin1(sawtooth)
x=inl
y=inr
z=x-y
en=z
mix=osc*en*20
lpfa=lpfa+slider2*(mix-lpfa)
lpfb=lpfb+slider2*(lpfa-lpfb)
outl=lpfb*100*slider3
outr=z*slider4
Donde slider2, slider3 y slider4 són barras deslizadoras incorporadas en la interficie gráfica que permiten ajustar manualmente el valor del parámetro.
- Una vez implementado el código en el laboratorio se ha podido comprovar que conectando la salida de nuestro receptor a 10 kHz a la entrada de audio del PC, mediante el procesado hemos convertido la señal a 1 kHz y la hemos escuchado a esa frecuencia.
Reinventando la Radio. Semana 12.
Esta semana hemos iniciado el diseño del receptor superheterodino. Un receptor con amplias capacidades de desarrollo moderno.
- El diagrama de bloques del receptor heterodino consiste en la antena receptora, un multiplicador que multiplica la señal captada por la antena con una señal proveniente de un oscilador local centrado a la frecuencia de recepción, a continuación una etapa de filtraje y amplificación y finalmente un detector de envolvente con un comparador que convierta la señal recibida en una señal cuadrada donde 1 es la presencia de señal y 0 la ausencia de esta.
- El interés de esta arquitectura se encuentra en que mediante el uso del multiplicador, se obtienen dos señales: una centrada a la frecuencia diferencia y la otra a la frecuencia suma, es decir, si la señal recibida está a 27 MHz y la del oscilador a 27MHz + 10kHz se obtiene a 10 kHz y a 54 MHz + 10kHz. De esta forma mediante un sencillo filtrado a baja frecuencia se obtiene la señal deseada.
- Como alternativa al multiplicador (dispositivo de importante complejidad), se puede usar un mezclador. Un dispositivo que realiza la misma función que el multiplicador mediante la commutación entre la señal de entrada y la misma señal de entrada cambiada de signo. De esta forma a efectos prácticos, se multiplica la señal por un tren de pulsos que se puede descomponer como una sinusoide en series de Fourier. Si el commutador commuta a la frecuencia del oscilador local, dicha sinusoide simulada por el tren de pulsos será de la misma frecuencia que la señal que se deberia usar en un multiplicador para realizar la operación.
- A frecuencias de audio una buena solución consiste en usar un amplificador operacional junto con un trasistor de tipo FET capaz de actuar como un interruptor cortando el paso de la corriente. Si se implementa junto a el oscilador local, se obtiene el interruptor commutando a la frecuencia deseada para el mezclador. De dicha manera, se obtendrá a la salida del circuito Vin cuando el transistor esté en ON y -Vin cuando el transistor esté en CORTE.
- Existen otras realizaciones, y la más usada es el Multiplicador de Gilbert, el cual se implementa de forma comercial en el chip NE602 de Philips. Dicho chip solo necesita de un oscilador local añadido para poder realizar la multiplicación de la señal de entrada de la antena.
A partir de aquí, gracias al dispositivo multiplicador que implementa el chig NE602, es posible implementar nuestro receptor superheterodino.
- El diagrama de bloques del receptor heterodino consiste en la antena receptora, un multiplicador que multiplica la señal captada por la antena con una señal proveniente de un oscilador local centrado a la frecuencia de recepción, a continuación una etapa de filtraje y amplificación y finalmente un detector de envolvente con un comparador que convierta la señal recibida en una señal cuadrada donde 1 es la presencia de señal y 0 la ausencia de esta.
- El interés de esta arquitectura se encuentra en que mediante el uso del multiplicador, se obtienen dos señales: una centrada a la frecuencia diferencia y la otra a la frecuencia suma, es decir, si la señal recibida está a 27 MHz y la del oscilador a 27MHz + 10kHz se obtiene a 10 kHz y a 54 MHz + 10kHz. De esta forma mediante un sencillo filtrado a baja frecuencia se obtiene la señal deseada.
- Como alternativa al multiplicador (dispositivo de importante complejidad), se puede usar un mezclador. Un dispositivo que realiza la misma función que el multiplicador mediante la commutación entre la señal de entrada y la misma señal de entrada cambiada de signo. De esta forma a efectos prácticos, se multiplica la señal por un tren de pulsos que se puede descomponer como una sinusoide en series de Fourier. Si el commutador commuta a la frecuencia del oscilador local, dicha sinusoide simulada por el tren de pulsos será de la misma frecuencia que la señal que se deberia usar en un multiplicador para realizar la operación.
- A frecuencias de audio una buena solución consiste en usar un amplificador operacional junto con un trasistor de tipo FET capaz de actuar como un interruptor cortando el paso de la corriente. Si se implementa junto a el oscilador local, se obtiene el interruptor commutando a la frecuencia deseada para el mezclador. De dicha manera, se obtendrá a la salida del circuito Vin cuando el transistor esté en ON y -Vin cuando el transistor esté en CORTE.
- Existen otras realizaciones, y la más usada es el Multiplicador de Gilbert, el cual se implementa de forma comercial en el chip NE602 de Philips. Dicho chip solo necesita de un oscilador local añadido para poder realizar la multiplicación de la señal de entrada de la antena.
A partir de aquí, gracias al dispositivo multiplicador que implementa el chig NE602, es posible implementar nuestro receptor superheterodino.
viernes, 2 de diciembre de 2016
Reinventando la Radio. Semana 11
Esta semana hemos finalizado el diseño del emisor radio baliza. Los pasos seguidos se exponen a continuación:
- Los teoricos de circuitos definen una nueva configuración de oscilador. Esta que se llama Oscilador de Pierce consiste en el uso del cristal de cuarzo en modo inductivo (frecuencia de trabajo entre fp donce es un CC y fs donde es un CA) para poder así sustituir la bobina usada para realizar el filtro paso-banda.
- Una bobina es cara de fabricar debido al notable precio de la materia prima (el cobre) y la cantidad requerida, además también presenta una notable fragilidad. Para dotar al emisor de una importante rigidez hay que prescindir de dicho elemento.
- El Oscilador de Pierce usa un circuito tank con frecuencia del pico de resonancia por debajo de 27 MHz (donde debe trabajar el emisor). Dicho circuito cuando trabaja a f<fp su comportamiento es capacitivo y permite sustituir dos elementos R y C. Además de dicha forma se fuerza que el cristal de cuarzo oscile a 27 MHz y no en su tono natural por lo cual se puede usar uno de menor calidad.
- Para la etapa amplificadora se usa un transistor bipolar el cual se polariza independientemente del valor de Beta (valor que se conoce por ser extremadamente variable en función de cada transistor).
- Una vez implementado el emisor se debe modular la señal emitida de cierta forma. Una forma sencilla de hacerlo es la interrupción temporal de la señal. Una buena forma de generar esta interrupción es aplicar una tensión en la base del transistor bipolar para que este entre en corte.
- Para generar la tensión alterna en la base del transistor bipolar se puede usar un Timer 555, el cual provee una tensión cuadrada i periódica que irá perfecto para interrumpir la emisión periodicamente. Se peude añadir un dispositivo LED para señalizar de forma visual cuando el emisor está transmitiendo.
Con esto acaba el diseño del emisor radiobaliza, se han realizado pruebas en un prototipo de laboratorio y se ha conseguido transmitir correctamente, ha sido un éxito!
- Los teoricos de circuitos definen una nueva configuración de oscilador. Esta que se llama Oscilador de Pierce consiste en el uso del cristal de cuarzo en modo inductivo (frecuencia de trabajo entre fp donce es un CC y fs donde es un CA) para poder así sustituir la bobina usada para realizar el filtro paso-banda.
- Una bobina es cara de fabricar debido al notable precio de la materia prima (el cobre) y la cantidad requerida, además también presenta una notable fragilidad. Para dotar al emisor de una importante rigidez hay que prescindir de dicho elemento.
- El Oscilador de Pierce usa un circuito tank con frecuencia del pico de resonancia por debajo de 27 MHz (donde debe trabajar el emisor). Dicho circuito cuando trabaja a f<fp su comportamiento es capacitivo y permite sustituir dos elementos R y C. Además de dicha forma se fuerza que el cristal de cuarzo oscile a 27 MHz y no en su tono natural por lo cual se puede usar uno de menor calidad.
- Para la etapa amplificadora se usa un transistor bipolar el cual se polariza independientemente del valor de Beta (valor que se conoce por ser extremadamente variable en función de cada transistor).
- Una vez implementado el emisor se debe modular la señal emitida de cierta forma. Una forma sencilla de hacerlo es la interrupción temporal de la señal. Una buena forma de generar esta interrupción es aplicar una tensión en la base del transistor bipolar para que este entre en corte.
- Para generar la tensión alterna en la base del transistor bipolar se puede usar un Timer 555, el cual provee una tensión cuadrada i periódica que irá perfecto para interrumpir la emisión periodicamente. Se peude añadir un dispositivo LED para señalizar de forma visual cuando el emisor está transmitiendo.
Con esto acaba el diseño del emisor radiobaliza, se han realizado pruebas en un prototipo de laboratorio y se ha conseguido transmitir correctamente, ha sido un éxito!
miércoles, 23 de noviembre de 2016
Reinventando la Radio. Semana 10.
Esta semana hemos seguido con el tema del diseño del emisor radio, los conceptos aprendidos esta semana se exponen a continuación:
- Una vez implementado el oscilador a 27 MHz, para medir la potencia suministrada a la carga se puede usar la amplitud pico a pico de la senoide creada. A pesar de su aparente viabilidad, el osciloscopio a esa frecuencia trabaja al límite de su capacidad y las medidas pueden verse distorsionadas.
- A partir de altas frecuencias el intrumento adecuado para analizar las ondas electromagnéticas es el analizador espectral, un dispositivo capaz de escanear todo el rango de frecuencias denotando la amplitud de la señal para cada una. Por lo tanto consiste en un filtro paso banda sintonizable con un detector de envolvente a continuación.
- La realización de un filtro paso banda con esas características presenta verdaderos problemas así que se obta por una solución más práctica: un filtro paso-banda con una frecuencia central fijada combinado con un multplicador que multiplica la señal entrante con la proveniente de un oscilador. Si suponemos que la frecuencia central del filtro es Fi y la frecuencia del harmónico que se desea potenciar Fh, al sintonizar el socilador a frecuencia Fh+-Fi se obtendrá un filtro equivalente paso banda a Fh. Dicha frecuencia de oscilación podrá ser controlada mediante un oscilador controlado por tensión y mediante una señal diente de sierra se podrá escanear el rango frecuencial completamente.
- Ahora el problema se centra en como crear un oscilador de frecuencia controlable por tensión. Una opción es la incorporación de una capacidad variable en el diseño del oscilador a 27 MHz. Dicha capacidad variable puede ser implementada por un "varicap" que consiste en una combinación de R-Diodo-C que se puede modelar como un condensador variable con la tensión que se le aplica.
- El circuito varicap, una vez implementado, puede ser aplicado en el emisor del transistor o junto con Cv. En la primera opción la capacidad variable actua sobre C2 provocando un ajuste fino y en la segunda actua sobre Cv provocando una ajuste intenso de la frecuencia de oscilación.
- A pesar de la viabilidad del diseño presentado, contiene elementos de alta fragilidad (como el inductor) que van a variar la frecuencia de transmisión. Este hecho es impensable y hay que buscar una solución más reforzada.
- El cristal de quarzo es un material que por sus propiedades piezo-eléctricas es capaz de proveer oscilacions muy estables a frecuencias bien determinadas. Mediante el espesor del corte de dicho material se determina la frecuencia de oscilación y esta se mantiene absolutamente invariable. Dicho dispositivo presenta el siguiente comportamiento: existe una cierta fs a la que su impedancia es nula, existe una cierta fp a la que la impedancia es infinita, entre fs y fp (un pequeño intervalo) el comportamiento del material es el de un inductor y fuera de dichos intervalos se comporta como una capacidad.
- Para iniciar el movimiento oscilatorio en este material se debe aplicar una tensión de polarización, la cual generará un desequilibrio de cargas y una deformación. Mediante el análisis se llega a modelar como un inductor y una capacidad en serie que estan en paralelo con una capacidad, en base a dicho modelo se obtienen expresiones de fs y fp.
- En base a este dispositivo la idea básica para generar un oscilador es la de colocar la etapa amplificadora seguido del filtro paso-banda con amplifciación 1 y desfase 0 y realimentado mediante un lazo con un cristal de quarzo en serie. Si el circuito trabaja a fs, dicho cristal se comportará como un cortocircuito y oscilará.
- Aplicando este diseño al circuito del oscilador a 27 MHz, si se conecta el cristal de cuarzo en terminales del emisor del transistor obtendremos la oscilación a dicha frecuencia estable.
- En relación con el comportamiento del cristal de quarzo, se observa que, debido a su comportamiento inductivo entre fs y fp, es posible sustituirlo por el inductor del diseño (recordando que se trata de un elemento frágil). Habrá que tener cuidado con el tipo de cristal de quarzo usado, pues muchos se diseñan para que trabajen en OVER-TONE (harmónicos de la frecuencia fundamental) debido a su mejor resistencia y precio económico, por lo cual si se coloca en el lugar del inductor, al no ser filtrados los diferentes harmónicos, el cristal trabajará en un harmónico fundamental que será 9 MHz.
- Una vez implementado el oscilador a 27 MHz, para medir la potencia suministrada a la carga se puede usar la amplitud pico a pico de la senoide creada. A pesar de su aparente viabilidad, el osciloscopio a esa frecuencia trabaja al límite de su capacidad y las medidas pueden verse distorsionadas.
- A partir de altas frecuencias el intrumento adecuado para analizar las ondas electromagnéticas es el analizador espectral, un dispositivo capaz de escanear todo el rango de frecuencias denotando la amplitud de la señal para cada una. Por lo tanto consiste en un filtro paso banda sintonizable con un detector de envolvente a continuación.
- La realización de un filtro paso banda con esas características presenta verdaderos problemas así que se obta por una solución más práctica: un filtro paso-banda con una frecuencia central fijada combinado con un multplicador que multiplica la señal entrante con la proveniente de un oscilador. Si suponemos que la frecuencia central del filtro es Fi y la frecuencia del harmónico que se desea potenciar Fh, al sintonizar el socilador a frecuencia Fh+-Fi se obtendrá un filtro equivalente paso banda a Fh. Dicha frecuencia de oscilación podrá ser controlada mediante un oscilador controlado por tensión y mediante una señal diente de sierra se podrá escanear el rango frecuencial completamente.
- Ahora el problema se centra en como crear un oscilador de frecuencia controlable por tensión. Una opción es la incorporación de una capacidad variable en el diseño del oscilador a 27 MHz. Dicha capacidad variable puede ser implementada por un "varicap" que consiste en una combinación de R-Diodo-C que se puede modelar como un condensador variable con la tensión que se le aplica.
- El circuito varicap, una vez implementado, puede ser aplicado en el emisor del transistor o junto con Cv. En la primera opción la capacidad variable actua sobre C2 provocando un ajuste fino y en la segunda actua sobre Cv provocando una ajuste intenso de la frecuencia de oscilación.
- A pesar de la viabilidad del diseño presentado, contiene elementos de alta fragilidad (como el inductor) que van a variar la frecuencia de transmisión. Este hecho es impensable y hay que buscar una solución más reforzada.
- El cristal de quarzo es un material que por sus propiedades piezo-eléctricas es capaz de proveer oscilacions muy estables a frecuencias bien determinadas. Mediante el espesor del corte de dicho material se determina la frecuencia de oscilación y esta se mantiene absolutamente invariable. Dicho dispositivo presenta el siguiente comportamiento: existe una cierta fs a la que su impedancia es nula, existe una cierta fp a la que la impedancia es infinita, entre fs y fp (un pequeño intervalo) el comportamiento del material es el de un inductor y fuera de dichos intervalos se comporta como una capacidad.
- Para iniciar el movimiento oscilatorio en este material se debe aplicar una tensión de polarización, la cual generará un desequilibrio de cargas y una deformación. Mediante el análisis se llega a modelar como un inductor y una capacidad en serie que estan en paralelo con una capacidad, en base a dicho modelo se obtienen expresiones de fs y fp.
- En base a este dispositivo la idea básica para generar un oscilador es la de colocar la etapa amplificadora seguido del filtro paso-banda con amplifciación 1 y desfase 0 y realimentado mediante un lazo con un cristal de quarzo en serie. Si el circuito trabaja a fs, dicho cristal se comportará como un cortocircuito y oscilará.
- Aplicando este diseño al circuito del oscilador a 27 MHz, si se conecta el cristal de cuarzo en terminales del emisor del transistor obtendremos la oscilación a dicha frecuencia estable.
- En relación con el comportamiento del cristal de quarzo, se observa que, debido a su comportamiento inductivo entre fs y fp, es posible sustituirlo por el inductor del diseño (recordando que se trata de un elemento frágil). Habrá que tener cuidado con el tipo de cristal de quarzo usado, pues muchos se diseñan para que trabajen en OVER-TONE (harmónicos de la frecuencia fundamental) debido a su mejor resistencia y precio económico, por lo cual si se coloca en el lugar del inductor, al no ser filtrados los diferentes harmónicos, el cristal trabajará en un harmónico fundamental que será 9 MHz.
lunes, 14 de noviembre de 2016
Reinventando la Radio. Semana 9.
Esta semana hemos iniciado un nuevo tema, el diseño de un emisor radio baliza. En las anteriores semanas hemos definido el receptor de radio, pero para completar el sistema hay que definir el emisor mediante el cual se transmitirá la señal radio a recibir.
Los conceptos explicados se muestran a continuación:
- El primer element fundamental de un emisor radio baliza es el oscilador sinusoidal que permitirá crear una onda electromagnética capaz de iluminar el espacio. El diseño de dicho dispositivo presenta importantes dificultades y no es trivial.
- Se propone la estructura de bloque amplificador + filtro pasobanda. Si la constante multiplicativa de dicha cadena K = 1, tenemos que a la salida del circuito la tensión es la misma que a la entrada. Por leyes de circuitos, se pueden interconectar dichos nodos sin alterar el resultado. De dichas conclusiones nace la "Condición de Barkhausen" la cual dictamina que para que dicha combinación de elementos actue como un oscilador sinusoidal, la ganancia del lazo debe ser la unidad y la fase nula.
- Definida la constante K del lazo, se dan 3 posibles stuaciones: K = Kosc (oscilación estable), K<Kosc (oscilación decreciente), K>Kosc (oscilación creciente).
- Otro aspecto de importancia es el arranque de la oscilación, pues se necesitará de un tono sinuoidal para iniciar la oscilación lo que genera de nuevo el problema de como generarlo. Como solución a este problema se propone usar el ruido térmico. A la entrada del amplificador, por el simple hecho de estar a una cierta temperatura, existe una señal aleatoria de baja amplitud y un completo rango espectral. Por lo tanto usando el filtro paso-banda se puede seleccionar parte de la componente espectral del ruido y quedarse únicamente con el tono frecuencial que corresponderá a la sinusoide.
- Aplicando este método basado en el ruido térmico, si se cierra el lazo con K>Kosc, se generará una sinusoide a la frecuencia deseada con amplitud creciente la cual acabará recortada por la saturación del amplificador.
- Hemos implementado en el laboratorio un prototipo de este diseño usando un Amplificador Operacional configurado como amplificador no inversor. Entonces, para evitar que la sinusoide creada quede recortada, hemos incorporado una resistencia ajustable en el lazo de ajuste de ganancia del AO para, una vez generada la sinusoide, disminuir el factor K hasta alcanzar el valor óptimo.
- Finalmente, se proponen mecanismos que permitan realizar automáticamente el ajuste del factor K. Uno de ellos es el uso de un transistor FET el cual como más negativa es la tensión de puerta del dispotivo, mayor es la resistencia que ofrece. Por lo tanto, con un detector de envolvente (trabajado en anteriores capítulos), configurado para extraer el nivel negativo, y el transistor FET conectado a él y a su vez a el lazo de ajuste de ganacia se realiza el ajuste automatizado del factor K.
- Lamentablemente, el uso del AO está fuertemente limitado en frecuencia, así que para poder realizar osciladores en frecuencias mayores se deberán usar modelos basados en transistores. La estructura usada consistirá en una etapa amplificadora unidad (seguidor de tensión) y un filtro paso-banda con amplificación a la frecuencia de resonancia.
Los conceptos explicados se muestran a continuación:
- El primer element fundamental de un emisor radio baliza es el oscilador sinusoidal que permitirá crear una onda electromagnética capaz de iluminar el espacio. El diseño de dicho dispositivo presenta importantes dificultades y no es trivial.
- Se propone la estructura de bloque amplificador + filtro pasobanda. Si la constante multiplicativa de dicha cadena K = 1, tenemos que a la salida del circuito la tensión es la misma que a la entrada. Por leyes de circuitos, se pueden interconectar dichos nodos sin alterar el resultado. De dichas conclusiones nace la "Condición de Barkhausen" la cual dictamina que para que dicha combinación de elementos actue como un oscilador sinusoidal, la ganancia del lazo debe ser la unidad y la fase nula.
- Definida la constante K del lazo, se dan 3 posibles stuaciones: K = Kosc (oscilación estable), K<Kosc (oscilación decreciente), K>Kosc (oscilación creciente).
- Otro aspecto de importancia es el arranque de la oscilación, pues se necesitará de un tono sinuoidal para iniciar la oscilación lo que genera de nuevo el problema de como generarlo. Como solución a este problema se propone usar el ruido térmico. A la entrada del amplificador, por el simple hecho de estar a una cierta temperatura, existe una señal aleatoria de baja amplitud y un completo rango espectral. Por lo tanto usando el filtro paso-banda se puede seleccionar parte de la componente espectral del ruido y quedarse únicamente con el tono frecuencial que corresponderá a la sinusoide.
- Aplicando este método basado en el ruido térmico, si se cierra el lazo con K>Kosc, se generará una sinusoide a la frecuencia deseada con amplitud creciente la cual acabará recortada por la saturación del amplificador.
- Hemos implementado en el laboratorio un prototipo de este diseño usando un Amplificador Operacional configurado como amplificador no inversor. Entonces, para evitar que la sinusoide creada quede recortada, hemos incorporado una resistencia ajustable en el lazo de ajuste de ganancia del AO para, una vez generada la sinusoide, disminuir el factor K hasta alcanzar el valor óptimo.
- Finalmente, se proponen mecanismos que permitan realizar automáticamente el ajuste del factor K. Uno de ellos es el uso de un transistor FET el cual como más negativa es la tensión de puerta del dispotivo, mayor es la resistencia que ofrece. Por lo tanto, con un detector de envolvente (trabajado en anteriores capítulos), configurado para extraer el nivel negativo, y el transistor FET conectado a él y a su vez a el lazo de ajuste de ganacia se realiza el ajuste automatizado del factor K.
- Lamentablemente, el uso del AO está fuertemente limitado en frecuencia, así que para poder realizar osciladores en frecuencias mayores se deberán usar modelos basados en transistores. La estructura usada consistirá en una etapa amplificadora unidad (seguidor de tensión) y un filtro paso-banda con amplificación a la frecuencia de resonancia.
martes, 8 de noviembre de 2016
Reinventando la Radio. Semana 8.
Esta semana hemos seguido con los filtros y transformadores de RF. Los conceptos trabajados se exponen a continuación:
- El circuito R con L-C paralelo (o circuito tank) se puede modelar como la misma R con el paralelo de tres elementos R-L-C lo que se puede modelar como el circuito original con una fuente thevelin y una resistencia thevelin.
- El saber crear una buena inductancia es realmente importante, hemos trabajado 3 métodos diferentes: el uso de un toroide ferromagnético en el que se enrolla el devanado, una estructura solenoidal ferromagnética en la que se enrolla también el devanado peró con la característica de que la longitud del núcleo debe ser mucho mayor que la longitud de la espira, finalmente hemos visto la configuración de Nagaoka que usa bobinas no solenoidales y la condición de funcionamiento es que la longitud de la bobina debe ser mayor o igual que N veces el calibre del hilo (donde N es el número de espiras).
- Hemos trabajado el concepto de acoplamiento magnético, el cual es de una gran importancia ya que teniendo en cuenta este concepto, dos bobinas cercanas por donde circula un campo magnético variable en el tiempo no pueden analizarse como elementos separados.
- Aparece el transformador perfecto o ideal, el cual definido por los teóricos de circuitos es capaz de expresar la salida como la entrada dividida por un cierto factor n, y es capaz también de expresar la resistencia de entrada al dispositivo como la resistencia de carga multiplicada por n al cuadrado.
- El circuito que se representa como una cierta inductancia (primera bobina) en paralelo con el símbolo del transformador, se modela como dicha inductancia en paralelo con la resistencia de carga por N al cuadrado (donde N se expresa como n1/n2).
- Se han trabajado las transformaciones serie-paralelo y paralelo-serie de elementos R-C que ayudan a la aplicación de las propiedades del transformador en diversos circuitos.
- Finalmente se ha presentado el dispositivo llamado "Autotransformador" el cual consiste en el uso de un único bobinado con una toma intermedia que define las dos bobinas que forman el transformador, de esta manera se ahorra el segundo bobinado. Cambian ligeramente el coeficiente n, que ahora se define como N1/(N1+N2).
Con estos puntos se finaliza el tema de filtros y transformadores de RF con un claro protagonista, el transformador. Este elemento permitirá desde crear filtros paso-banda con amplificación equivalente a 'n', hasta adapatar impedancias!
- El circuito R con L-C paralelo (o circuito tank) se puede modelar como la misma R con el paralelo de tres elementos R-L-C lo que se puede modelar como el circuito original con una fuente thevelin y una resistencia thevelin.
- El saber crear una buena inductancia es realmente importante, hemos trabajado 3 métodos diferentes: el uso de un toroide ferromagnético en el que se enrolla el devanado, una estructura solenoidal ferromagnética en la que se enrolla también el devanado peró con la característica de que la longitud del núcleo debe ser mucho mayor que la longitud de la espira, finalmente hemos visto la configuración de Nagaoka que usa bobinas no solenoidales y la condición de funcionamiento es que la longitud de la bobina debe ser mayor o igual que N veces el calibre del hilo (donde N es el número de espiras).
- Hemos trabajado el concepto de acoplamiento magnético, el cual es de una gran importancia ya que teniendo en cuenta este concepto, dos bobinas cercanas por donde circula un campo magnético variable en el tiempo no pueden analizarse como elementos separados.
- Aparece el transformador perfecto o ideal, el cual definido por los teóricos de circuitos es capaz de expresar la salida como la entrada dividida por un cierto factor n, y es capaz también de expresar la resistencia de entrada al dispositivo como la resistencia de carga multiplicada por n al cuadrado.
- El circuito que se representa como una cierta inductancia (primera bobina) en paralelo con el símbolo del transformador, se modela como dicha inductancia en paralelo con la resistencia de carga por N al cuadrado (donde N se expresa como n1/n2).
- Se han trabajado las transformaciones serie-paralelo y paralelo-serie de elementos R-C que ayudan a la aplicación de las propiedades del transformador en diversos circuitos.
- Finalmente se ha presentado el dispositivo llamado "Autotransformador" el cual consiste en el uso de un único bobinado con una toma intermedia que define las dos bobinas que forman el transformador, de esta manera se ahorra el segundo bobinado. Cambian ligeramente el coeficiente n, que ahora se define como N1/(N1+N2).
Con estos puntos se finaliza el tema de filtros y transformadores de RF con un claro protagonista, el transformador. Este elemento permitirá desde crear filtros paso-banda con amplificación equivalente a 'n', hasta adapatar impedancias!
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