UNIVERSIDAD UNIVERSIDA D TÉCNICA DE COTOPAXI
UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIA DE LA INGENIERÍA Y APLICADAS
NOMBRE: FABIAN AVILES JOHANNA GRANDES ZAMBRANO DIEGO LAGLA
MATERIA: ELECTRÓNICA II
CICLO: CUARTO
ELÉCTRICA “A”
FECHA: 07 DE NOVIEMBRE DEL 2016
DOCENTE: ING. FRANKLIN MEDINA
LATACUNGA - ECUADOR 2016
1. Tema: Oscilador Hartley. 2. Objetivos 2.1 General: Investigar el principio de Funcionamiento del oscilador Hartley, mediante el uso de fuentes bibliográficas y softwares de simulación recomendadas por el docente, y de esta manera dar solución a problemas relacionados con el tema. 2.2 Objetivos específicos: Conocer la estructura por la que se compone el oscilador Hartley. Analizar las ventajas y desventajas que el oscilador nos ofrece. Describir las características más relevantes del oscilador ya mencionado. Definir el comportamiento del oscilador Harley. Identificar las condiciones que existen para lograr el funcionamiento del oscilador Hartley. 3. Fundamento Teórico: 3.1 Osciladores Se conoce con el nombre de oscilador a todo circuito que, partiendo de una fuente de alimentación continua, es capaz de proporcionar una salida de corriente alterna, independientemente de su forma de onda (Pérez Vega, 2015). Es posible, pues, encontrar osciladores de onda senoidal, onda cuadrada, diente de sierra, etc. Tradicionalmente, sin embargo, se reserva el nombre de osciladores a aquellos cuya salida es una sinusoide, recibiendo el resto nombres especiales.
Figura 1
3.2 El circuito tanque Se conoce con el nombre de circuito tanque al formado por la conexión en paralelo de un capacitor y una bobina; el nombre proviene de su capacidad de almacenar energía eléctrica y magnética (Bolaños, 2015). Suponiendo que C está inicialmente descargado, conmutamos S1 a la posición 1, por lo que circulará una corriente de carga del capacitor.
Figura 2
Cuando C está totalmente cargado, conmutamos a la posición 2, por lo cual circulará una corriente de descarga a través de L, creando un campo magnético en ésta. Cuando la corriente de descarga tiende a desaparecer, la bobina, a costa de la energía almacenada en su campo magnético, induce una corriente del mismo sentido que la que lo había creado, dando como resultado una carga de C de polaridad opuesta a la anterior (Bolaños, 2015).
Figura 3
En la gráfica de la figura 3 se representa el oscilograma de la tensión entre extremos del tanque, llamándose a este tipo de onda "amortiguada" porque la amplitud es continuamente decreciente.
Nótese que a pesar de que la amplitud es decreciente, el tiempo que tarda en completarse cada ciclo es constante en la fig.3. 3.3 El oscilador Hartley El oscilador Hartley es un circuito electrónico de alta frecuencia basado en un oscilador LC. Fue creado por el inventor Estadounidense Ralph Vinton Lyon Hartley y patentado en 1920. En este oscilador, la relación necesaria de fase entre la salida y la entrada se consigue conectando el emisor y el colector a los extremos opuestos de un circuito sintonizado. Entre los circuitos de entrada y salida, la inductancia mutua debe tener la polaridad adecuada (Pérez Vega, 2015). En los circuitos sintonizados de salida y entrada la reactancia debe ser inductiva a la frecuencia de oscilación deseada. 3.3.1 Estructura:
Figura 4
El circuito básico usando un transistor bipolar, considerando sólo el circuito de oscilación, consta de un condensador entre la base y el colector (C) y dos bobinas entre el emisor y la base y el colector respectivamente. La carga se puede colocar entre el colector y L2. En este tipo de osciladores, en lugar de dos bobinas separadas, se suele utilizar una bobina con toma intermedia. Para poder ajustar la frecuencia a la que el circuito oscila, se puede usar un condensador variable, como sucede en la gran mayoría de los receptores de radio que usan este
oscilador, o bien cambiando la relación entre L1 y L2 variando una de ellas como en los receptores Collins; a esta última técnica se la llama "sintonía por permeabilidad". El circuito de polarización se diseña de tal forma que afecte lo menos posible al circuito de oscilación, para ello se pueden emplear condensadores de desacoplo o bobinas de choque de radiofrecuencia.
3.4 EL OSCIADOR HARTLEY DE TRANSISTOR
Figura 5
La Fig. 5 muestra un circuito oscilador Hartley, de transistor. La frecuencia resonante del circuito tanque, que está constituido por el condensador C1 y la bobina con derivación L1 se designan como L1a y L1b; L1a se encuentra efectivamente en el circuito base del transistor y L1b está en el circuito colector. Cuando +B se aplica al paso comienza a fluir corriente de colector como resultado, hay una caída de voltaje de colector el cual se acopla a L1b, por medio del condensador C3. Así se obtiene el impulso de excitación inicial para el tanque y se logra que la corriente comience a circular en él. Dicha corriente produce un voltaje en L1a, el cual se acopla a la base del transistor, por medio del condensador C2. La señal amplificada en el colector llega nuevamente al circuito tanque a través del condensador C3 y se acopla a L1b, en donde origina un voltaje de retroalimentación. Dicho voltaje está en fase con el voltaje de entrada de L1a, por lo que mantiene oscilando el circuito tanque. El voltaje de retroalimentación tiene la fase correcta, debido a dos razones; una es el desplazamiento de fase de 180 O entre la base y el colector que ocurre en un paso con emisor a tierra. La otra razón es que los dos extremos de la bobina L1 siempre tienen polaridad opuesta.
Figura 6
En la Fig. 6 se muestra un circuito oscilador Hartley alimentado por un circuito resonante en serie este es esencialmente igual al oscilador Hartley alimentado en paralelo, excepto que las dos componentes de la corriente de emisor, o sea, tanto la corriente alterna como la corriente continua, fluyen por la sección L1b del circuito tanque. El condensador C3 se utiliza para suministrar la trayectoria de retroalimentación que va del colector, a través de la tierra, al circuito tanque. Análisis A partir de los criterios de Barkhausen (fue un físico alemán. Descubrió el efecto Barkhausen.) Y del modelo equivalente de parámetros del transistor, se pueden obtener expresiones que describen el comportamiento de un oscilador Hartley Hernández Blázquez, B. (2016). La frecuencia de oscilación del dispositivo es aquella en la cual el valor de la reactancia capacitiva total es igual a la reactancia inductiva. Esta frecuencia tiene el valor de:
Para que el oscilador comience a funcionar, debe darse una de estas condiciones dependiendo del elemento activo usado.
Si el transistor utilizado es un BJT:
BJT: Es un consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite aumentar la corriente y disminuir el voltaje transistor de unión bipolar
si el transistor utilizado es un JFET: JFET: Es un transistor de efecto de campo de juntura o unión, es un tipo de dispositivo electrónico de tres terminales que puede ser usado como interruptor electrónicamente controlado, amplificador o resistencia controlada por voltaje. Posee tres
terminales,
comúnmente
llamados drenaje (D), puerta o compuerta (G)
y fuente (S).
3.5 Características del oscilador Hartley: Ventajas:
Su frecuencia puede ser variable.
Amplitud de salida constante.
Desventajas:
Gran contenido en armónicos. No obtiene una onda senoidal pura.
4. Análisis del tema: Un oscilador es un dispositivo electrónico capaz de convertir corriente continua en corriente alterna a una determinada frecuencia. Sus aplicaciones se pueden dar en: generadores de frecuencias de radio y de televisión, osciladores l ocales en los receptores, generadores de barrido en los tubos de rayos catódicos entre otros. El circuito del oscilador está compuesto por una bobina y por un condensador.
El funcionamiento de los osciladores suele ser muy similar en todos ellos, el circuito oscilante produce una oscilación, el amplificador la aumenta y la red de realimentación toma una parte de la energía del circuito oscilante y la introduce de nuevo en la entrada produciendo una realimentación positiva. La frecuencia del oscilador Hartley y de cualquier otro depende de un condensador y de la inductancia o bobina que se coloque. Cuanto mayor sea el condensador y la inductancia, menor va a ser la frecuencia. Una vez dispuestos ambos elementos en el circuito, estos son fijos y, por tanto, la frecuencia de oscilación es una característica de dicho circuito, la cual recibe el nombre de "frecuencia propia del circuito oscilante". La principal característica del oscilador Hartley se debe a que estos no utilizan una bobina auxiliar para la realimentación, ya que aprovechan parte de la bobina del circuito tanque tipo LC, dividiéndose ésta en dos mitades, L1 y L2. Donde se coloca 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 aislado el componente de una señal continua o alterna. La reacción del circuito se obtiene a través de la fuerza electromotriz o fem 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 del capacitor C y de las dos partes de la bobina, L1 y L2, del circuito oscilante. Donde se coloque la toma intermedia de la bobina se produce una amplitud de tensión u otro tipo de señal lo cual provoca que el circuito se conecte desconecte de la fuente.
Figura 7
5. Conclusiones Se concluye que la estructura del oscilador Hartley se basa en un circuito básico que se forma por un transistor bipolar o BJT, por lo que es considerando un circuito de oscilación, que consta de un condensador entre la base y el colector del BJT y dos bobinas que están entre el emisor y la base y el colector respectivamente. La carga se puede colocar entre el colector y L2. Como ventajas se puede decir que la frecuencia del oscilador es variable y su amplitud de salida es constante, y sus desventajas abordan en su gran contenido de armónicos al no tener una onda senosoidal pura. La principal característica del oscilador Hartley es que no utilizan una bobina auxiliar para la realimentación, ya que aprovecha parte de la bobina del circuito tanque, dividiéndose en, L1 y L2. Donde además las resistencias polarizan adecuadamente el transistor. Básicamente el oscilador tipo Hartley se comporta como un amplificador de señal de corriente ya que debido a su construcción su transistor este no depende de una bobina externa debido a su circuito tanque el cual suministra la corriente necesaria. Para definir las condiciones del oscilador Hartley necesitamos emplear un amplificador con realimentación positiva. Otra de las condiciones es que la ganancia en el lazo debe ser mayor que 1 cuando el desplazamiento de fase alrededor del lazo sea cero grados. 6. Recomendaciones Se recomienda analizar detenidamente la construcción del oscilador para reconocer debidamente sus componentes. Así como este circuito oscilador nos ofrece varias ventajas, hay que tener en cuenta que este también cuenta con algunas desventajas, por lo que es recomendable analizar las mismas y saber qué tipo de oscilador es conveniente utilizar. Es recomendable que antes de armar un circuito oscilador Hartley, debemos realizar el cálculo adecuado de cada componente, para obtener la señal deseada en la salida. Se recomendaría analizar detenidamente el comportamiento del oscilador Hartley para entender su función.
Es muy recomendable guiarse de textos netamente técnicos que tengan relación con los osciladores ya sea tipo Hartley u otro tipo de oscilador para poder definir tanto sus características como sus diferencias. 7. Bibliografía
M.M Cirovic, Electónica fundamenal: Dispositivos, circuitos y sistemas, Barcelona: Editorial Reverté S.A, 2003, pp. 286 – 289.
Hernández Blázquez, B. (2016). Oscilador Hartley | Wikiwand. [online] Wikiwand. Available at: http://www.wikiwand.com/es/Oscilador_Hartley [Accessed 4 Nov. 2016].
Curso de electronica y micro electronica./Antonio Garzon Gonzalez./ Tercera Edicion año 2010. Editorial CEAC. Contenido de cicrcuitos basicos Tema OSCILADORE pagina 35 y 38.
Introduccion a los osciladores. Bolaños Diego. Correccion primera. Año 2015. Tema oscilador Hartley.
Pérez Vega, C. (2016). [online] Available at: http://personales.unican.es/perezvr/pdf/CH4ST_Web.pdf [Accessed 4 Nov. 2016].
8. Anexos: Simulación del oscilador Hartley en el Software Proteus
Forma de onda de un oscilador Hartley
