REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NÚCLEO ZULIA PROF.: AURA SÁNCHEZ SECCIÓN: TCM - 7A
Unidad 6: Generadores de Señales
ALUMNOS: Delgado, Leivis. Larez, Mariné. Masellis, Francisco. Pabón, Mirianny. Robles, Francisco. Sánchez, Mairon. MARACAIBO; NOVIEMBRE DE 2010 CONTENIDO
-. INTRODUCCIÓN.
1.- Osciladores y Generadores de Señales.
2.- Calibración de Amplitud y Frecuencia.
2.1.- Calibración de amplitud y frecuencia.
2.2.- Consideraciones de Impedancia.
3.- Diagrama de Bloques Descriptivo.
4.- Capacidad de Modulación del Generador de Amplitud de Frecuencia y de Fase.
4.1.- Modulación Interna y Externa (400hz y 1000hz). Aplicaciones.
-. CONCLUSIÓN.
-. BIBLIOGRAFÍA.
INTRODUCCIÓN
La generación de señales en una faceta importante en la reparación y desarrollo electrónico. El generador de señales se utiliza para proporcionar condiciones de prueba conocidas para la evaluación adecuada de varios sistemas electrónicos y verificar las señales faltantes en sistemas que se analizan para reparación. Existen varios tipos de generadores de señales, los cuales tienen diversas características en común. Primero, la frecuencia de la señal debe ser estable y conocerse con exactitud. Segundo, se ha de controlar la amplitud, desde valores muy pequeños hasta relativamente altos. Por último, la señal debe estar libre de distorsión.
Hay muchas variaciones de estos requisitos en particular para generadores de señales especializados como los generadores de funciones, de pulsos, de barrido, etc, y dichos requisitos deben considerarse como generales.La función de un generador de señal es producir una señal dependiente del tiempo con unas características determinadas de frecuencia, amplitud y forma.Algunas veces estas características son externamente controladas a través de señales de control; el oscilador controlado por tensión (voltage-controlledoscillator o VCO) es un claro ejemplo.
Para ejecutar la función de los generadores de señal se emplea algún tipo de realimentación conjuntamente con dispositivos que tengan características dependientes del tiempo (normalmente condensadores).Hay dos categorías de generadores de señal: osciladores sintonizados o sinusoidales y osciladores de relajación.
Los osciladores sintonizados emplean un sistema que en teoría crea pares de polos conjugados exactamente en el eje imaginario para mantener de una manera sostenida una oscilación sinusoidal.Los osciladores de relajación emplean dispositivos biestables tales como conmutadores, disparadores Schmitt, puertas lógicas, comparadores y flip-flops que repetidamente cargan y descargan condensadores.Las formas de onda típicas que se obtiene con este último método son del tipo triangular, cuadrada, exponencial o de pulso.
1.-
Osciladores y Generadores de Señales:Un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energía
de corriente continua en corriente alterna a una determinada frecuencia. Tienen numerosas aplicaciones: generadores de frecuencias de radio y de televisión, osciladores locales en los receptores, generadores de barrido en los tubos de rayos catódicos, etc.
A) onda sinusoidal . B) onda cuadrada . C) onda tipo diente de sierra
La mayoría de los equipos electrónicos utiliza para su funcionamiento señales eléctricas de uno de estos tres tipos: ondas sinusoidales, ondas cuadradas y ondas tipo diente de sierra. Los osciladores son circuitos electrónicos generalmente alimentados con corriente continua capaces de producir ondas sinusoidales con una determinada frecuencia. Existe una gran variedad de tipos de osciladores que, por lo general, se conocen por el nombre de su creador. Igualmente, los multivibradores son circuitos electrónicos que producen ondas cuadradas. Este tipo de dispositivos, es utilizado ampliamente en conmutación.
Los generadores de frecuencia son, junto con los amplificadores y las fuentes de alimentación, la base de cualquier circuito electrónico analógico. Son utilizados para numerosas aplicaciones entre las que podemos destacar las siguientes: como generadores de frecuencias de radio y de televisión en los emisores de estas señales, osciladores maestros en los circuitos de sincronización, en relojes automáticos, como osciladores locales en los receptores, como generadores de barrido en los tubos de rayos catódicos y de televisores, etc.
1.1.-
El Oscilador Meissner:Como hemos visto hay muchos
tipos de osciladores y cada uno suele llevar el nombre de quien lo diseñó. Comenzaremos con el oscilador Meissner que está compuesto por un circuito oscilante LC, una etapa amplificadora y una realimentación positiva. Una de las características de este oscilador es que la realimentación se produce por medio de un acoplo inductivo, es decir, entre una bobina auxiliar y la bobina que compone el circuito tanque. En estos osciladores la oscilación desacoplada y amplificada debe ser introducida de nuevo en el circuito oscilante, y para conseguir que la oscilación que entró en un principio al circuito sea reforzada, la oscilación de la realimentación debe estar en fase con ella.
Para conseguir este efecto tenemos que cuidar que los arrollamientos del transformador estén correctamente conectados porque, de lo contrario, no conseguiríamos ningún tipo de oscilación. Para que se produzca una frecuencia de oscilación estable hay que tener en cuenta todos los datos del transistor, es decir, cómo actúa frente a las diferentes tensiones, intensidades y con los cambios de temperatura. La etapa amplificadora del oscilador está formada por el transistor que, en esta clase de montajes, se coloca en base común. El circuito oscilante se conecta al colector. Existe otro tipo de oscilador muy parecido al de Meissner que se denomina oscilador de Armstrong.
1.2.-
El Oscilador Hartley:La principal característica de estos
circuitos osciladores es que no utilizan una bobina auxiliar para la realimentación, sino que aprovechan parte de la bobina del circuito tanque, dividiéndose ésta en dos mitades, L1 y L2. Colocamos dos resistencias para polarizar adecuadamente el transistor. Hay dos formas de alimentar al transistor: en serie y en paralelo. La alimentación serie se produce a través de la bobina, L2, circulando por ella una corriente continua. La alimentación en paralelo se efectúa a través de la resistencia del colector, quedando en este caso perfectamente aislados el componente de continua y
el componente de alterna de señal. La reacción del circuito se obtiene a través de la fuerza electromotriz que se induce en la bobina, L1, y que se aplica a la base del transistor a través de un condensador. En estos circuitos la frecuencia de oscilación depende de la capacidad C y de las dos partes de la bobina, L1 y L2, del circuito oscilante. Según donde se coloque la toma intermedia de la bobina se va a producir una amplitud de tensión u otra; pudiendo llegar a conectarse o desconectarse el circuito.
1.3.-
El Oscilador Colpitts:Este oscilador es bastante parecido al oscilador de Hartley. La principal
diferencia se produce en la forma de compensar las pérdidas que aparecen en el circuito tanque y la realimentación, para lo cual se realiza una derivación de la capacidad total que forma el circuito resonante. Una parte de la corriente del circuito oscilante se aplica a la base del transistor a través de un condensador, aunque también se puede aplicar directamente. La tensión amplificada por el transistor es realimentada hasta el circuito oscilante a través del colector. Como en todos los circuitos que tengan transistores necesitamos conectar resistencias para polarizarlos. La tensión de reacción se obtiene de los extremos de uno de los condensadores conectados a la bobina en paralelo.
1.4.-
El oscilador en Puente de Wien:Hasta ahora hemos visto los osciladores tipo LC, vamos a ver ahora un oscilador tipo RC, el denominado oscilador en puente de Wien. Cuando trabajemos en bajas frecuencias no vamos a poder usar los osciladores tipo LC, debido a que el tamaño de la bobina y de la resistencia tendrían que ser demasiado grandes y caros. Para sustituirlos vamos a usar una red desfasadora formada por RC, es decir, resistencias y condensadores, como es el caso del ya mencionado
oscilador en puente de Wien. Está constituido por una etapa oscilante, dos etapas amplificadoras,
formadas por dos transistores. El circuito está conectado en emisor común y al tener dos etapas en cascada la señal es desfasada 360º y después vuelve a ser realimentada al circuito puente. La señal de salida del segundo transistor se aplica al circuito puente constituido por dos resistencias y también es aplicada a la entrada del puente de Wien, que es el circuito oscilante formado por una resistencia y un condensador.
La frecuencia de oscilación viene determinada por los valores de la resistencia y del condensador que forman el puente de Wien. Este tipo de circuitos presenta una gran estabilidad a la frecuencia de resonancia. A parte de ésta tiene como ventajas su fácil construcción, un gran margen de frecuencias en las que trabaja perfectamente y la posibilidad de obtención de una onda sinusoidal pura cuando tienen la suficiente ganancia como para mantener las oscilaciones. Dentro de sus inconvenientes podemos mencionar que se pueden producir pérdidas en las resistencias y una salida variable con la frecuencia de resonancia.
1.5.-
Oscilador de Cristal:Con lo visto sobre el efecto piezoeléctrico parece lógico poder aplicar las
propiedades de este material, el cuarzo, para producir oscilaciones. En efecto, si a un cristal de cuarzo le aplicamos sobre sus caras opuestas una diferencia de potencial, y el dispositivo está montado adecuadamente, comenzarían a producirse fuerzas en las cargas del interior del cristal. Estas fuerzas entre sus cargas provocarían deformaciones en el cristal y darían lugar a un sistema electromecánico que comenzaría a oscilar. Sin embargo, vuelve a ocurrir lo mismo que en los circuitos formados por un condensador y por una inductancia. Esto es, las oscilaciones del cristal no duran indefinidamente, ya que se producen rozamientos en la estructura interna que hacen que se vayan amortiguando hasta llegar a desaparecer. Por tanto, necesita de un circuito externo que mantenga las oscilaciones, compensando las pérdidas producidas por el rozamiento.
A) representación de un cristal de cuarzo . B) equivalente eléctrico de un oscilador piezoeléctrico
1.6.-
Generador Senoidal:El comportamiento eléctrico del cuarzo se puede asemejar al de una
inductancia, una resistencia y un condensador conectados en paralelo con otro condensador. Por lo tanto, es equivalente colocar un circuito con estos componentes que poner un cristal de cuarzo.En virtud de la importancia de la señal senoidal el generador de dicha onda representa la principal categoría de generadores de señales. Este instrumento cubre el rango de frecuencias a partir de algunos hertz hasta varios gigahertz. La onda senoidal es usada en muchasaplicaciones de mediciones y pruebas.
2.-
Calibración de Amplitud y Frecuencia:La fase y la amplitud de medida frente a tiempo proporciona
una forma de caracterizar los errores de la magnitud y la fase introducida por los efectos no lineales de los amplificadores de potencia de funcionamiento por un amplio rango dinámico. La medición de la
amplitud, fase y frecuencia en función del nivel de producción hace posible la creación de una señal de salida más precisa mediante la pre-distorsión de la señal de entrada al amplificador de potencia.
La fase y la amplitud de medida frente al tiempo se realiza en una señal de onda continua, ya sea con una forma de onda discreto paso amplitud (discreta forma de onda de calibración de señal) o de forma de onda de rampa continua (Continuous forma de onda de calibración de señal). Esta medida requiere que usted ponga su estación móvil en modo de prueba que puede ordenar a la estación móvil para generar una forma de onda, que puede ser discreto o c ontinuo. La forma de onda discreta señal de calibración puede incluir hasta 512 intervalos de medición (pasos), que pueden ser de diferentes anchos (100 nos 400 ms) y amplitudes (-20 dBm a +35 dBm). Para esta forma de onda, puede configurar el aparato de prueba para volver diferentes tipos de resultados, estos son: el poder, la fase y los resultados de la frecuencia ( PCAL ), la amplitud y la fase de pares ( SAMPle ), o ambos ( BOTH ). El conjunto de pruebas de muestras de la forma de onda discretas a una tasa efectiva de 156,25 kHz. Los resultados devueltos por el equipo de prueba dependerá del tipo de resultado de ajuste de parámetros.
La forma de onda continua de la señal de calibración se pueden clasificar en tres tipos de forma de onda diferentes: continuo, CONT2 y CONT3. Cuando el tipo de forma de onda es continua, la señal requerida por el equipo de prueba es una explosión GMSK 577us de referencia inicial, seguido por una señal de CW.
El estallido inicial de
referencia se utiliza para la gama de potencia de entrada se espera y se puede utilizar para activar la fase y la amplitud de medida frente a tiempo. La forma de onda CONT2/CONT3 mide una señal de la explosión modulada (y no requiere de una explosión inicial de referencia). Las diferencias en la forma en que el equipo de prueba realiza
medidas en estos tres tipos de forma de onda son la frecuencia de muestreo efectiva a la que el equipo de prueba devuelve los resultados y el recuento de medición de la muestra. Para los tipos de forma de onda continua, la frecuencia de muestreo es 1.083 MHz y el número máximo es de 5000, para los tipos de forma de onda CONT2 la tasa de muestreo es de 4.333 MHz y el número máximo es de 5000, para los tipos de forma de onda CONT3 la frecuencia de muestreo es de 10 MHz y la número máximo es 50000. Los resultados devueltos por el equipo de prueba son pares de amplitud y fase.
Esta medida puede ser armado como una medida de una sola vez. Una vez activado, el equipo de prueba realiza una medición en la forma de onda generada móvil. El tipo de medida y el formato de los resultados de la medición depende del tipo de forma de onda (discretos, continuos, CONT2 o CONT3) su estación móvil genera y, por la forma de onda discretas, el tipo de resultado de ajuste de parámetros.
Antes de iniciar la fase y la amplitud de tiempo en comparación con la medición, primero debe especificar las estaciones móviles de medición de frecuencia y la potencia de control previstas en el set de prueba. El esperado nivel de potencia se debe establecer en el nivel de potencia máxima en la forma de onda generada móvil, y de RF del generador de energía de la célula se debe establecer en OFF. También antes de comenzar, debe especificar los parámetros específicos de forma de onda. Vea Configuración de una forma de onda de señal de calibración discreto y Configuración de una forma de onda de señal de calibración continua. La precisión de esta medición se basa en gran medida en la calibración del monitor de espectro.
2.1.-
Calibración de la Fase y la Amplitud Frente a Tiempo de Medición: Esta medición se calibra
automáticamente los resultados de la fase y la amplitud cuando el tipo de forma de onda es discreto o continuo. Sin embargo, para garantizar la exactitud de disparo cuando la fuente de disparo se prevé un aumento de RF, debe ejecutar el espectro de la calibración del monitor por lo menos una vez al mes.Esta medida no se calibra automáticamente cuando el tipo de forma de onda es CONT2 o CONT3, sino que se basa en los factores de calibración del monitor de espectro.
2.1.-
Consideraciones de Impedancia:El generador de funciones tiene una impedancia interna
(impedancia de salida) como se muestra en la figura
1.
Esta
impedancia
puede
ser
ajustada,dependiendo de la carga que se conecte
al
generador,
para
que
la
transferencia de energía a la carga sea adecuada.Las
opciones
que
ofrece
el
generador son: impedancia de salida Z = 50 -, oZ. Cuando la carga conectada a la salida del generador es pequeña (en el orden de Z = 50 , se recomienda fijar la impedancia de salida a dicho valor;mientras que cuando la impedancia de la carga sea grande (> 200 ) se debe seleccionar la opción de alta impedancia.
3.-
Diagrama de Bloques Descriptivo:El generador de onda senoidal simple consiste de dos bloques
básicos, un oscilador y un atenuador. El comportamiento del generador depende de la funcionalidad de estas dos partes principales. Tanto la exactitud de la frecuencia y la estabilidad, la exactitud de amplitud depende del diseño del atenuador.
Figura 1. Diagrama de bloques de ungenerador de onda senoidal básico
4.-
Capacidad de Modulación del Generador de Amplitud de Frecuencia y de Fase: La mayoría de los
generadores de señales tiene la capacidad de modular tanto en frecuencia como en amplitud, con un índice o porcentaje de modulación conocido. La modulación de amplitud se puede aplicar al generador de señales nivelado electrónicamente, por medio de la modulación del atenuador de diodo PIN con la señal modulada.
El problema serio que se presenta con esta modulación es que la amplitud varía desde dos veces la amplitud de la portadora hasta cero para un porcentaje del 100% de modulación, lo cual implica que el atenuador controla por voltaje debe tener al menos una atenuación nominal de 6 dB para que la amplitud se pueda incrementar a dos veces la portadora y proporcione, en teoría, una atenuación infinita para conseguir el cero requerido por el 100% de modulación. Sin importar la técnica de modulación, la mayoría de los generadores de señales proporciona una modulación de amplitud cercana pero no igual a 100%.
La modulación de frecuencia no sufre problemas atribuibles al porcentaje de modulación y no ex iste el 100% de modulación. Para modular la frecuencia el generador de señales requiere un método para cambiar electrónicamente la frecuencia del oscilador; por lo general; esto lo proporciona un diodo varactor en el circuito oscilador sintonizado. La cantidad de modulación suministrada por el diodo varactor depende de la frecuencia del oscilador y puede varias sobre el rango de sintonía del oscilador. Es decir, el generador de señales ha de contar con un método de corrección para este cambio en el índice de modulación de frecuencia. Aplicar la modulación a un generador de señales puede ser un problema complejo cuando este dispositivo es del tipo sintetizado. Cada uno de estos instrumentos es un caso único, y existen numerosos métodos para suministrar una fuente exacta de mo dulación.
4.1.-
Modulación Interna y Externa ( 400hz y 1000hz):
4.2.- Aplicaciones.
CONCLUSIÓN
