Osciladores: Definiciones y Funcionamiento

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PREGUNTAS 
2-1. Defina oscilar y oscilador. 
Oscilar es vibrar o cambiar, y oscilación es el acto de fluctuar de un lado a otro. un oscilador 
es un dispositivo que produce oscilaciones. 
2-2. Describa los siguientes términos: auto sostenido, repetitivo, 
funcionamiento libre y con disparo. 
Una oscilación eléctrica es un cambio repetitivo de voltaje o de corriente en una forma de 
onda, sí un oscilador es autosostenido, los cambios en la forma de onda son continuos y 
repetitivos: suceden con rapidez periódico. Los osciladores autosostenido también se llama 
oscilador autónomo o de funcionamiento libre. 
2-3. Describa el proceso regenerativo necesario para que se 
produzcan las oscilaciones autosostenidas. 
Una ves encendido, un oscilador retroalimentado genera una señal de la salida AC, de la 
cual seregresa una pequeña parte a la entrada, donde se amplifica .la señal amplificada de 
la entrada aparece en la salida, y el proceso se repite: se produce un proceso regenerativo, 
en el que la salida depende de la entrada y viceversa. 
2-4. Escriba y describa los cuatro requisitos para que trabaje un 
oscilador con retroalimentación. 
Amplificación: un circuito oscilador debe tener cuando menos undispositivo activo y debe 
ser capaz de amplificar voltaje. 
Retroalimentación positiva: un circuito oscilador debe tener una trayectoria completa para 
que la señal de salida regrese a la entrada. 
Componentes que determinen la frecuencia: un oscilador debe tener componentes que 
determinen la frecuencia. 
Fuente de poder: un oscilador debe tener una fuente de energía eléctrica, que puede ser 
una fuente de Cd. 
2-5. ¿Qué quieren decir los términos retroalimentación positiva y 
negativa? 
La retroalimentación regenerativa también se le llama retroalimentación positiva, dónde 
“positiva” simplemente indica que su fase ayuda en el proceso de oscilación y no 
necesariamente indica una polaridad positiva o negativa. La retroalimentación negativa 
proporciona una señal de retroalimentación que inhibe la producción de oscilaciones. 
2-6. Defina la ganancia de lazo cerrado y de lazo abierto. 
La de lazo abierto es la ganancia de voltaje de amplificador con la trayectoria de 
retroalimentación abierta. La de lazo cerrado: es la ganancia general de voltaje del circuito 
total, con el lazo de retroalimentación cerrado y siempre es menor que la de lazo abierto. 
2-7. Escriba las cuatro configuraciones más comunes de oscilador. 
Las redes RC de desplazamiento de fase, los circuitos tanques LC, los cristales de cuarzo y 
los chips de circuitos integrados. 
2-8. Describa el funcionamiento de un oscilador de puente de Wien. 
Es un circuito oscilador relativamente estable, de baja frecuencia, que se sintoniza con 
facilidad y se suele usar en generadores de señal para producir frecuencia de 5HZ a1 MHZ. 
El funcionamiento de un oscilador de puente de wien: en el encendido inicial aparece ruido 
(en todas las Frecuencias) en vsal, que se retroalimentan por la red de adelanto-retraso, 
solo pasa ruido de f0 por esa red con un desplazamiento de fase 0´, y con relación de 
transferencia de 1/3. En consecuencia, solo se retroalimenta una sola frecuencia f0 en fase, 
sufre una ganancia de voltaje 1en el lazo y produce oscilaciones autosostenidas 
2-9. Describa la acción de oscilador en un circuito tanque LC. 
Este implica un intercambio de energía entre cinética y potencial, en este se inyecta 
corriente en el circuito, se intercambia energía entre el inductor y el capacitor y se produce 
un voltaje correspondiente de salida. 
2-10. ¿Qué quiere decir oscilación amortiguada? ¿Qué la causa? 
Es la amplitud de un cuerpo vibrante tal como un resorte o un péndulo, decrece 
gradualmente hasta que se detiene. 
Causa: amortiguamiento es disminuir la amplitud de las oscilaciones, y como consecuencia 
el de la energía mecánica total. 
2-11. Describa el funcionamiento de un oscilador de Hartley y el de 
un oscilador de Colpitts. 
El oscilador de Hartley funciona como sigue: en el encendido inicial aparece una multitud de 
frecuencias en el colector de Q1 y se acoplan al circuito tanque a través de C2. El ruido inicial 
proporciona la energía necesaria para cargar a C1. Una vez que C1 se carga parcialmente, comienza 
la acción del oscilador. El circuito tanque sólo oscila con eficiencia a su frecuencia de resonancia. 
Una parte del voltaje oscilatorio del circuito tanque va a través de L1b y se retroalimenta a la base 
de Q1, donde se amplifica. La señal amplificada aparece desfasada 180° en el colector, respecto a la 
señal de base. Se hace otro desplazamiento de fase de 180° más a través de L1; en consecuencia, la 
señal que regresa a la base de Q1 está amplificada y con su fase desplazada 360°. Por lo anterior, el 
circuito es regenerativo y sostiene oscilaciones sin señal externa de entrada 
Oscilador de Colpitts. El funcionamiento de este oscilador es muy parecido al oscilador de 
Hartley, con la excepción de que se usa un divisor capacitivo en lugar de una bobina con 
derivación. El transistor Q1 proporciona la amplificación, CC proporciona la trayectoria de 
retroalimentación regenerativa, L1, C1a y C1b son los componentes para determinar la 
frecuencia, y VCC es el voltaje de suministro de cd. 
 
2-12. Defina la estabilidad de frecuencia. 
La estabilidad de frecuencia es la capacidad de un oscilador para permanecer en una 
frecuencia 
fija, y es de primordial importancia en los sistemas de comunicaciones 
2-13. Haga una lista de factores que afectan la estabilidad de 
frecuencia de un oscilador. 
fluctuaciones en los voltajes de operación de cd, 
función del envejecimiento de los componentes y de cambios en la temperatura y la humedad del 
ambiente 
2-14. Describa el efecto piezoeléctrico. 
En forma sencilla, el efecto piezoeléctrico se presenta cuando se aplican esfuerzos mecánicos 
oscilatorios a través de una estructura de red cristalina, y generan oscilaciones eléctricas, y viceversa 
 
2-15. ¿Qué quiere decir el término corte de cristal? Haga una lista 
de varios cortes de cristal, descríbalos y compare sus 
estabilidades. 
corte AT. Hay otros tipos de cortes de cristal, que incluyen los cortes BT, CT, DT, ET, AC, GT, MT, NT 
y JT. El corte AT es el más común en los resonadores de alta y muy alta frecuencia, de cristal. El tipo, 
longitud y espesor de un corte, y el modo de vibración, determinan la frecuencia natural de 
resonancia del cristal. Las frecuencias de resonancia de los cristales cortados AT van desde unos 800 
kHz hasta unos 30 MHz. Los cortes CT y DT tienen esfuerzo cortante de baja frecuencia, y se usan 
más en el intervalo de 100 a 500 kHz. El corte MT vibra longitudinalmente, y se usa en el intervalo 
de 50 a 100 kHz, y el corte NT tiene un intervalo útil menor que 50 kHz 
 
2-16. Describa cómo funciona un oscilador de cristal de sobretonos. 
En el modo de sobretono, el oscilador se sintoniza para trabajar en la tercera, quinta, séptima o 
hasta en la novena armónica de la frecuencia fundamental del cristal 
 
2-17. ¿Cuál es la ventaja de un oscilador de cristal de sobretonos, 
respecto a un oscilador convencional de cristal? 
Las armónicas se llaman sobretonos, porque no son verdaderas armónicas. Los fabricantes pueden 
procesar cristales de tal modo que se refuerce un sobretono más que los demás. Al usar el modo de 
sobretono aumenta el límite útil de los osciladores normales de cristal, hasta unos 200 MHz. 
 
2-18. ¿Qué quiere decir coeficiente positivo de temperatura? ¿Qué 
quiere decir coeficiente negativo 
de temperatura? 
Si la dirección del cambio de frecuencia es igual a la del cambio de temperatura, es decir, que un 
aumento de temperatura cause un aumento de frecuencia, y que una disminución de temperatura 
cause una disminución de frecuencia, se llama coeficiente positivo de temperatura, o coeficiente 
térmico positivo. Si el cambio de frecuencia tiene dirección opuesta a la del cambiode temperatura 
(un aumento de temperatura causa una disminución de frecuencia y una disminución de 
temperatura causa un aumento de frecuencia), se llama coeficiente negativo de temperatura 
 
2-19. ¿Qué es un cristal con coeficiente cero? 
Hoy se consiguen cristales con coeficiente cero (cortados GT) cuyos coeficientes de temperatura son 
de �1 hasta �1 Hz/MHz/°C. El cristal cortado GT es casi un cristal perfecto, de coeficiente cero, desde 
temperaturas de congelación hasta ebullición, pero sólo es útil en frecuencias menores que algunos 
cientos de kilohertz. 
 
 
 
2-20. Haga un esquema del circuito eléctrico equivalente de un 
cristal, y describa los diversos componentes y sus contrapartes 
mecánicas. 
Cada componente eléctrico equivale a una propiedad mecánica del cristal. C2 es la capacitancia real 
formada entre los electrodos del cristal, y el cristal mismo es el dieléctrico. C1 equivale a la docilidad 
mecánica del cristal (llamada también resiliencia o elasticidad). L equivale a la masa del cristal en 
vibración y R es la pérdida por fricción mecánica 
 
 
 
 
 
 
 
2-21. ¿Cuál configuración de oscilador de cristal tiene la mejor 
estabilidad? 
discreta de Pierce y semipuente RLC 
2-22. ¿Cuál configuración de oscilador de cristal es la menos 
costosa y más adaptable a interconexiones digitales? 
oscilador de Pierce de circuito integrado 
2-23. Describa un módulo de oscilador de cristal. 
consiste en un oscilador controlado por cristal y un componente de voltaje variable, como por 
ejemplo un diodo varactor. Todo el circuito está contenido en un encapsulado de metal. 
2-24. ¿Cuál es la principal ventaja de los osciladores de cristal en 
comparación con los de circuito 
tanque LC? 
 
 
 
 
2-25. Describa el funcionamiento de un diodo varactor. 
. Un diodo varactor es un diodo de construcción especial, cuya capacitancia interna aumenta con 
polarización inversa; se puede ajustar la capacidad del diodo variando el voltaje de polarización 
inversa. Un diodo varactor tiene una capa especial de agotamiento entre los materiales tipo p y tipo 
n del que está hecho, con diversos grados y clases de material que genera impurezas 
 
2-26. Describa un lazo de fase cerrada. 
El lazo de fase cerrada (PLL, de phase-locked loop) o lazo amarrado por fase se usa en forma extensa 
en las comunicaciones electrónicas para modulación, demodulación, generación de frecuencia y 
síntesis de frecuencia 
2-27. ¿Qué tipos de generadores de forma de onda con integración 
a gran escala (LSI) se pueden conseguir? 
Los generadores LSI (con integración en gran escala) que se consiguen hoy incluyen generadores de 
funciones, temporizadores, relojes programables, osciladores controlados por voltaje, osciladores 
de precisión y generadores de forma de onda 
2-28. Describa el funcionamiento básico de un generador de forma 
de onda en circuito integrado. 
En su forma más simple, un generador de forma de onda es un circuito oscilador que genera formas 
de onda bien definidas y estables, que se pueden modular o barrer externamente sobre un intervalo 
determinado de frecuencia 
2-29. Haga una lista de las ventajas de un generador monolítico de 
funciones. 
puede producir formas de onda de alta calidad tipo senoidal, cuadradas, triangular, en rampa y de 
pulso, con un alto grado de estabilidad y exactitud 
2-30. Haga una lista de las ventajas de un oscilador monolítico 
controlado por voltaje. 
produce una excelente estabilidad de frecuencia y un amplio margen de sintonía. El circuito permite 
tener salidas simultáneas de ondas triangulares y cuadradas, dentro de un intervalo de frecuencias 
desde 0.01 Hz hasta 1 MHz. Este XR-2207 es ideal para FM, FSK (modulación por conmutación de 
frecuencia, frequency-shift keying) y barrido o generación de tono, así como aplicaciones de lazo de 
fase cerrada. El circuito tiene una estabilidad normal de frecuencia de 20 ppm/°C y se puede barrer 
linealmente con un voltaje externo de control, dentro de un intervalo de frecuencias de 1000:1. El 
ciclo de trabajo de las salidas triangular y cuadrada se puede variar de 0.1% a 99.9%, generando 
formas de onda estables de pulso y de diente de sierra 
 
2-31. Describa en forma breve el funcionamiento de un oscilador 
monolítico de precisión. 
El oscilador se compone de tres bloques funcionales: un oscilador de frecuencia variable que genera 
las formas periódicas básicas de onda, y dos amplificadores de aislamiento para las salidas de onda 
triangular y cuadrada. La frecuencia del oscilador se ajusta con un capacitor externo y resistor de 
temporización. El circuito es capaz de operar dentro de ocho décadas de frecuencia, de 0.01 Hz a 1 
MHz. Cuando no hay señal externa de barrido ni voltaje de polarización, la frecuencia de oscilación 
es simplemente 1/RC 
2-32. Haga una lista de las ventajas de un PLL de circuito integrado 
respecto a un PLL discreto. 
los PLL ocupan poco espacio, son fáciles de usar y son más fiables. 
2-33. Describa el funcionamiento de un oscilador controlado por 
voltaje. 
 
 
 
 
2-34. Describa el funcionamiento de un detector de fase. 
Un comparador de fases, que a veces se le dice detector de fase, es un dispositivo no lineal con dos 
señales de entrada: una frecuencia generada externamente (fi ) y la frecuencia de salida del VCO 
(fo). La salida de un comparador de fase es el producto de las dos señales con frecuencias fi y fo y, 
por consiguiente, contiene sus frecuencias de suma y de diferencia (fi � fo). 
2-35. Describa cómo se obtiene la adquisición de lazo con un PLL, 
desde un estado inicial no sincronizado, hasta que se logra el 
enganche de frecuencia. 
Captura del lazo. Una señal externa de entrada [(Vi sen(2�fit � i )] entra al comparador de fases y se 
mezcla con la señal de salida del VCO, que es una onda cuadrada con frecuencia fundamental fo. Al 
principio, las dos frecuencias no son iguales (fo 
 fi ), y el lazo está desincronizado. Como el comparador de fases es un dispositivo no lineal, las 
señales del VCO y de entrada se mezclan, y generan frecuencias de producto cruzado (es decir, suma 
de frecuencias y diferencia de frecuencias). Así, las frecuencias primarias de salida del comparador 
de fases son la frecuencia de la entrada externa, fi , la frecuencia de salida del VCO, fo, y su suma (fi 
� fo) y su diferencia (fi � fo). El filtro pasabajas (LPF) bloquea las dos frecuencias originales de 
entrada, y la frecuencia de suma; así, la entrada al amplificador es sólo la diferencia de frecuencias, 
fi � fo. La diferencia de frecuencias se amplifica, para aplicarla a la entrada del oscilador controlado 
por voltaje, 
el cual desvía una cantidad proporcional a su polaridad y amplitud. Al cambiar la frecuencia de salida 
del VCO, la amplitud y la frecuencia de la diferencia de frecuencias cambian en forma proporcional. 
La fig. 2-30b muestra la diferencia de frecuencias que se produce cuando el VCO es barrido por la 
diferencia de frecuencias, fd. Después de algunos ciclos en torno al lazo, la frecuencia de salida del 
VCO iguala a la frecuencia externa de entrada, y se dice que el lazo está enganchado 
 
2-36. Defina los siguientes términos: diferencia de frecuencia, cero 
diferencia, tiempo de adquisición y ganancia de lazo abierto. 
la ganancia de lazo abierto es el producto de las ganancias del comparador de fases, del filtro 
pasabajas, del amplificador y del VCO 
 
2-37. Compare los siguientes términos e indique cómo se relacionan 
entre sí: intervalo de captura, 
semiintervalo de captura, ganancia de lazo cerrado, intervalo de 
retención, intervalo de rastreo e intervalo de enganche. 
El intervalo de captura se define como la banda de frecuencias cercanas a fn donde el PLL puede 
establecer o adquirir enganche con una señal de entrada. El intervalo de captura está, en general, 
entre 1.1 y 1.7 por la frecuencia natural del VCO. El intervalo de captura tambiénse llama intervalo 
de adquisición, y se relaciona con el ancho de banda del filtro de paso bajo, o pasabajas. El intervalo 
de captura de un PLL disminuye cuando se reduce el ancho de banda del filtro. El semiintervalo de 
captura es el intervalo máximo de captura (es decir, intervalo de captura 2 � semiintervalo de 
captura). En el diagrama de frecuencias de la fig. 2-23 se muestran los intervalos y semiintervalos 
de captura. La frecuencia mínima en la que el PLL se puede sincronizar se llama límite inferior de 
captura (fcl) y la frecuencia máxima a la que se puede enganchar el PLL se llama límite superior de 
captura (fcu). El intervalo de captura nunca es mayor que, y casi siempre es menor que el intervalo 
de enganche. La relación entre los intervalos de captura, enganche, retención y semiintervalo de 
captura se ilustra en el diagrama de frecuencias de la fig. 2-24. Nótese que el intervalo de enganche 
� intervalo de captura, y que el intervalo de retención � semiintervalo de captura 
 
 
 
 
 
 
2-38. Defina los siguientes términos: PLL no compensado, 
frecuencia de corte del lazo y filtro de rastreo. 
El PLL no compensado es uno no filtrado. La frecuencia de corte es la frecuencia que define un ancho 
de banda para un filtro. 
 
 
2-39. Defina sintetizar. ¿Qué es un sintetizador de frecuencias? 
Sintetizar quiere decir formar una entidad combinando partes o elementos 
Un sintetizador de frecuencias se usa para generar muchas frecuencias de salida agregando, 
restando, multiplicando y dividiendo una cantidad menor de frecuencias fijas. Dicho en modo 
sencillo, un sintetizador de frecuencias es un generador de frecuencia variable controlado por cristal 
 
 
2-40. Describa la síntesis directa e indirecta de frecuencias. 
En la síntesis directa de frecuencias se generan varias frecuencias de salida mezclando las salidas de 
dos o más fuentes de frecuencia controladas por cristal, o dividiendo o multiplicando la frecuencia 
de salida de un solo oscilador de cristal. En la síntesis indirecta de frecuencias se usa un 
divisor/multiplicador controlado por retroalimentación (como por ejemplo, un PLL), para generar 
varias frecuencias de salida. La síntesis indirecta de frecuencias es más lenta y más susceptible al 
ruido; sin embargo, es menos costosa y requiere menos filtros a su vez menos complicados, que la 
síntesis directa de frecuencias. 
2-41. ¿Qué quiere decir resolución de un sintetizador de 
frecuencias? 
La separación mínima entre frecuencias de salida en un sintetizador se llama resolución. 
2-42. ¿Cuáles son las ventajas de los preescaladores y 
sintetizadores de frecuencias en circuito integrado sobre sus 
equivalentes sin circuito integrado? 
Los preescaladores de circuito integrado son de tamaño pequeño, funcionan a bajo voltaje, 
consumen poca corriente y son simples. Son ideales para teléfonos celulares y sin cable, 
para redes de área local de RF, equipo de pruebas y medición, sistemas militares de radio, 
radios móviles de VHF/UHF y radios de mano VHF/UHF.