Tarea Nro.: 3
[Circuito tanque LC]
(Formato de Tareas Extra-clase)
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA AREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES ASIGNATURA: COMUNICACIONES ANALÓGICAS.
Autor: Nelson Eduardo Barrazueta Valle Fecha de elaboración: 26/05/2016
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Módulo: 7mo B “
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TAREA Nro.3 Tema: Circuito tanque LC Objetivo: Revisar de manera apropiada y tener un conocimiento ideal para la resolución de ejercicios a través del circuito LC o tanque
Reseña teórica: [1 ]Un circuito tanque es un circuito electrónico utilizado en muchas aplicaciones, incluyendo osciladores, aparatos de radio y televisión. En su forma más básica, el circuito se compone de sólo dos componentes electrónicos, a saber, un condensador y un inductor (una bobina). En la aplicación real, a diferencia de un diseño teórico, otros componentes entran en juego que afectan al funcionamiento del circuito. Estos incluyen una carga resistiva y una fuente de corriente alterna. Los osciladores LC son circuitos osciladores que utilizan un circuito tanque LC para los componentes que determinan la frecuencia. La operación del circuito tanque involucra un intercambio de energía entre cinética y potencial. La figura (1) ilustra la operación del circuito tanque LC. Como se muestra en la figura 1-a, una vez que la corriente se inyecta en el circuito (instante t1 ), se intercambia la energía entre el inductor y el capacitor, producidas un voltaje de salida de ca correspondiente (por tiempos t2 a t4) La forma de onda de voltaje de salida se muestra en la figura 1-b.
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Figura 1-a
Figura 1-b La frecuencia de operación de un circuito tanque LC es simplemente la frecuencia de resonancia de la red LC en paralelo y el ancho de banda es una función del Q del circuito. Matemáticamente, la frecuencia de resonancia de un circuito tanque LC con Q = 10 se le puede aproximar por
=
∗ ∗ √
Los osciladores LC incluyen los osciladores Hartley y Colpitts.
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El factor Q aplicado a un solo componente sirve para caracterizar sus componentes no ideales. Así para una bobina real se tiene en cuenta la resistencia del cable; un valor alto de Q significa una resistencia pequeña y por tanto un comportamiento más parecido a la bobina ideal. Denominado factor de calidad o factor de selectividad, es un parámetro que mide la relación entre la energía reactiva que almacena y la energía que disipa durante un ciclo completo de la señal. Un alto factor Q indica una tasa baja de pérdida de energía en relación a la energía almacenada por el resonador. Es un parámetro importante para los osciladores, filtros y otros circuitos sintonizados, pues proporciona una medida de lo aguda que es su resonancia. El factor de calidad de circuitos pasivos formados con resistencias, bobinas y condensadores es bajo, inferior a 100, por el efecto de la resistividad del hilo de las bobinas, principalmente, ya que para valores elevados de inductancia se necesitan grandes longitudes de hilo. El uso de circuitos activos, que funcionan como multiplicadores de inductancia o capacidad puede mejorar el Q.
=
í í
El factor Q se define como la frecuencia de resonancia (f 0) dividida por el ancho de banda (f 2-f 1):
=
= − ∆
[3] Ejemplo: Si se añade una capacidad de 50pF en serie con una bobina de 15uH de la figura 2, El circuito se convierte en un oscilador Clapp. ¿Cuál es la frecuencia de oscilación?
Figura 2
1 = 1 1 1 + + 3 1 = 1 = 1 1 0.001 + 0.01 + 50 3
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Obsérvese cómo domina el termino de 1/50 pF frente a los otros valores dado que esta capacidad es mucho menor que las otras. La frecuencia de oscilación es:
=
1 = . 2 (15)(50)
[4] Oscilador HARTLEY con Amplificador Operacional La ventaja de la construcción de un oscilador Hartley utilizando un amplificador operacional como su fase activa es que la ganancia del op-amp se puede ajustar muy fácilmente usando las resistencias de realimentación R1 y R2. Al igual que con el oscilador transistorizado anteriormente, la ganancia del circuito debe ser igual demasiado o ligeramente mayor que la relación de L1 / L2. Si las dos bobinas de inducción están enrolladas sobre un núcleo común y la inductancia mutua M existe entonces la relación se convierte en (L1 + M) / (L2 + M).
Figura 3
Oscilador COLPITTS con Amplificador Operacional Así como el uso de un transistor bipolar de unión (BJT) como los osciladores etapa activa, podemos también un amplificador operacional, (op-amp). El funcionamiento de un op-amp Colpitts Oscilador es exactamente el mismo que para la versión transistorizado con la frecuencia de funcionamiento calculada de la misma manera. Considere el siguiente circuito.
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Figura 4 Tenga en cuenta que ser una configuración de amplificador de inversión, la relación de R2 / R1 establece la ganancia amplificadores. Una ganancia mínima de 2,9 es necesario para iniciar las oscilaciones. El resistor R3 proporciona la retroalimentación necesaria para el circuito tanque LC. Las ventajas de la Colpitts Oscilador más de los osciladores Hartley son que el oscilador Colpitts produce una forma de onda sinusoidal más puro debido a los caminos de baja impedancia de los condensadores a altas frecuencias. También debido a estas propiedades reactancia capacitiva del oscilador Colpitts basado FET puede funcionar a frecuencias muy altas. Por supuesto, cualquier op-amp FET o utilizado como el dispositivo de amplificación deben ser capaces de operar en las frecuencias altas requeridas.
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Conclusión:
Determinamos que el ancho de banda de los osciladores está definido por el valor de la resistencia y capacitancia del circuito tanque.
Es recomendable al momento de armar nuestros osciladores trabajar con amplificadores operacionales por más comodidad y tener un circuito más pequeño.
Bibliografía: [1] Circuito Tanque; 26/05/2016; http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/ElectronicaAplicadaIII/Aplicada/Cap01Oscila dores2parte.pdf [2] Factor de calidad Q; 26/05/2016; https://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_calidad [3] MALVINO, Albert Paul; Principios de Electrónica; sexta edición;1999 [4] Oscilador HARTLEY-COLPITTS con amplificadores operacionales; 26/05/2016; http://www.electronics-tutorials.ws/oscillator/colpitts.html
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