Informe-VCO

OSCILADOR CONTROLADO POR VOLTAJE Jhoselin A. Vera, Jonnathan F. Nivicela

Abstracto — en el siguiente documento se detallará el procedimiento para la fabricación de un oscilador controlado por voltaje y realizar una modulación FM.

I. INTRODUCCIÓN Los objetivos principales en aplicaciones de radiofrecuencia son el bajo consumo de potencia, alta frecuencia de operación y bajo costo. Los osciladores controlados por voltaje son el bloque principal para muchas de estas aplicaciones y son causa del mayor consumo de potencia y área total del sistema. Los parámetros principales de diseño de osciladores controlados por voltaje se basan principalmente en el consumo de potencia, el ruido de fase y la frecuencia de operación. Existen gran cantidad de estudios para mejorar el ruido de fase, para minimizar consumo de potencia y para aumentar el rango de entonado, pero existe muy poca investigación sobre el rendimiento del circuito ante variaciones de proceso, voltaje y temperatura.

B. Diseño VCO

Los requisitos clave para un VCO consisten en; rango de sintonía, frecuencia de oscilación, ruido de fase, ganancia de sintonía y consumo de potencia. El VCO debe poder sintonizar en función de los requisitos de la aplicación en uso y su frecuencia de oscilación; la frecuencia de oscilación está determinada por la aplicación en la que se utilizará el VCO. La ganancia de sintonía también es importante y se mide en Las curvas de respuesta de VCO, son relativamente rectas a frecuencias más bajas. Sin embargo, normalmente se aplanan a voltajes más altos donde los cambios en la capacitancia de los diodos varactor se reducen. El ruido de fase es importante cuando se utiliza en el sintetizador de frecuencia, el rendimiento de ruido de fase del VCO determina muchas de las características generales de rendimiento de ruido de fase del bucle global y el sintetizador general si se utiliza en uno.

II. MARCO TEÓRICO A. VCO para bucles bloqueados en fase

VCO es un elemento clave para los bucles de fase bloqueada (PLL). Se pueden usar en microprocesadores para generar relojes, en sistemas de transmisión óptica se pueden usar en reloj y recuperación de datos, mientras que en sistemas inalámbricos como radio, se usan para sintetizar frecuencias. Para que el rango de frecuencia PLL se cubra por completo, el factor importante para el VCO será su amplio rango de sintonización. El ruido de fase del VCO también se tendrá en cuenta debido al hecho de que cuando el lazo está bloqueado, el ruido generado por el VCO en el centro de la frecuencia de oscilación se filtrará por el ancho de banda del bucle. Dentro del PLL o sintetizador de frecuencia, el rendimiento del VCO es de la mayor importancia, ya que el rendimiento determina muchas de las características de rendimiento generales del sintetizador general.

Figura 1 Curvas VCO

C. Oscilador Fundamental

Un oscilador simple produce una salida periódica, generalmente formas de onda sinusoidales, pero para que esto suceda, se deben realizar algunas consideraciones y análisis para que oscile.

Dadas estas ecuaciones el oscilador oscilara cuando:

Jhoselin A. Vera es estudiante de Ingeniería telecomunicaciones en la Universidad de Cuenca, [email protected])). [email protected] Jonnathan Nivicela es estudiante de Ingeniería telecomunicaciones en la Universidad de Cuenca, [email protected]).. [email protected])

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Figura 2 Oscilador modelado como una combinación de un amplificador y un Feedback

El desplazamiento de fase alrededor del bucle debe ser de 360 grados a la frecuencia de oscilación con una ganancia de bucle abierto unitario. El circuito emisor común proporciona un cambio de fase de 180 grados. Si el circuito se usa con retroalimentación del colector a la base, el circuito de retroalimentación debe proporcionar un desplazamiento de fase adicional de 180 grados. Si se utiliza una base común, no hay desplazamiento de fase entre las señales del emisor y del colector, el circuito de realimentación debe proporcionar 0 grados o un cambio de fase de 360 grados completos.

Figura 3 Diagrama de bloques (sintetizador de frecuencia analógico)

B. Diseño Circuito VCO

El diseño del VCO se realizó con una versión Multisim. Primero se realizó un cálculo para seleccionar los componentes que se necesitarán para el diseño. La selección del condensador se basó en la teoría de que para que el oscilador oscile, la relación de C1 / C2 debe ser mayor a la que se aplicó, para bloquear el dc del inductor, se usa un condensador en serie C3, si no cort a a tierra y la disposición de polarización se alterará, alt erará, esto se logrará mejor si establecemos que el valor de C3 es mayor que el de C1 y C2. También se eligió un valor de inductor para tener una mejor oscilación y también formar parte del circuito resonante.

III. DESARROLLO A. Sintetizador de frecuencia analógico PLL

El sintetizador de frecuencia de este tipo implica poner un mezclador en el PLL entre el j modo j modo que el mezclador cambie la frecuencia hacia abajo.



Figura 3Esquema del diseño (VCO)

Los valores de las resistencias se eligen para una mejor polarización, los diodos varactores BB909A se conectaron para producir una oscilación de banda ancha y se utilizó un transistor transistor bipolar de tipo 2N2222A debido a su baja impedancia y las características de corriente que posee. Este circuito está alimentado con un Vcc de 5.0 V y está sintonizado con diferentes valores de voltaje en la entrada. El diodo varactor está separado de la línea de control del detector de fase por R1. La resistencia R2 en el terminal del colector afecta la ganancia del bucle del oscilador. Co mo en un amplificador colector común, cuanto menor es la impedancia en el circuito colector, más ganancia de lazo tendrá el circuito. La resistencia R2 en el terminal del emisor se utiliza para la realimentación de corriente, por lo tanto, proporciona un punto de polarización de CC estable que será independiente de la beta del transistor. C. Cálculos de diseño

Figura 4 Simulación VCO



Figura 9 Resultado obtenido.

Figura 5 Simulación o a O v

A. Mediciones y resultados

Voltaje (V) 0 0.5 1 1.5 2

Frecuencia VCO (KHz) 292.56 294.26 295.89 297.48 298.54

Figura 6 Simulación a 0.5 V

Figura 10 Grafico VCO V/F

Figura 7 Simulación a 1.5 V

Se puede observar por la curva anterior que a frecuencias más bajas la curva de respuesta de VCO es relativamente r ecta y, a medida que aumenta la tensión, la curva parece estar plana, lo que indica que los cambios en la capacitancia de los diodos varactores se están reduciendo. Normalmente esta curva se supone que es relativamente recta, pero la curvatura de esta curva indica que hay algunas resonancias falsas que pueden hacer que el bucle sea inestable.

IV. CONCLUSIONES Al final del proyecto se obtuvo el resultado esperado que es el funcionamiento correcto del VCO. El uso de diodos Varicap facilita la variación de frecuencia el VCO, los mismo que son

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