Modulador FM Con Oscilador Clapp

7/24/2019 Modulador FM Con Oscilador Clapp

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UNIVERSIDAD TECNOLGICA NACIONALFACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES

Departamento de Electrnica

Materia: Medidas Electrnicas II

Proyecto: Modulador de FM

Docente: Ing. Alejandro HenzeAyudante de TP: Federico Lumma

Grupo N: 1

Alumnos :

Apellido y Nombre Legajo

1 Fernando Jurado 117627 - 4

2 Ignacio Tamayo 133099-8

Entrega Informe Fecha Firma

Primer entrega / / 12

Aprobacin / / 12

Entrega Devolucin Re-entrega Firma Recepcin

2 / / 12 / / 12

3 / / 12 / / 12

4 / / 12 / / 12


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UTN FRBA ME2 Modulador FM Noviembre, 2012

2

NDICE

1. INTRODUCCIN ..........................................................................................................................................32. DESARROLLO DEL TRABAJO ...................................................................................................................32.1. Etapas .......................................................................................................................................................32.2. Desarrollo del circuito ...............................................................................................................................42.3. Clculo de componentes del circuito ........................................................................................................52.4. Simulaciones y ajuste de valores .............................................................................................................62.5. Parmetros y rango de valores a medir ...................................................................................................72.6. Esquema del Setup de medicin ..............................................................................................................83. RESULTADOS .............................................................................................................................................83.1. Instrumentos usados ................................................................................................................................83.2. Mediciones sin seal modulante ..............................................................................................................81.1. Mediciones sin seal modulante ........................................................................................................... 102. DISCUSIN ............................................................................................................................................... 123. CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 124. BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS ............................................................................................................ 134.1. Software usado ...................................................................................................................................... 13

4.2. Hojas de datos usadas .......................................................................................................................... 13


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3

MODULADOR DE FM

Jurado F., Tamayo I.Docente a cargo: Ing. Alejandro Henze

Universidad Tecnolgica Nacional - Facultad Regional Buenos AiresMedidas Electrnicas 2

Resumen: Diseo e implementacin de un modulador de FM, de frecuencia central de 10MHz, a base de unOscilador Controlado por Tensin VCO

1. INTRODUCCIN

Un oscilador Clapp usa elementos reactivos capacitivos para determinar su frecuencia de oscilacin.Usando elementos de capacidad variable, ejemplo Varicaps, esta frecuencia de oscilacin puede seralterada.

Luego, con una seal de entrada se puede provocar un cambio en los valores de los capacitores y porende, la frecuencia de oscilacin se modifica. Esto constituye un modulador de FM

Una etapa de amplificacin a la salida permite alcanzar los niveles de potencia deseados. Esta etapa sedisea para tener la mxima transferencia de potencia adaptada a los 50 Ohm de impedancia caracterstica.

Se disea el modulador para que cumpla con las siguientes especificaciones:

Especificaciones del modulador FM

Variable Valor

fo 10 MHz

fmax 75 KHz

fmmax 20 KHz

Pout 10 mW

Vm 0,4 VTabla 1:Especificaciones del diseo

2. DESARROLLO DEL TRABAJO

2.1. Etapas

Se plantea un VCO basado en un oscilador Clapp, con amplificador simple sintonizado a la salida,pudiendo discriminarse las siguientes etapas:

Figura 1:Etapas del diseo

Seal de entrada y reactancia variable: circuito de adecuacin de la seal de entrada paraalterar la capacitancia variable. Esta etapa es la que fija el ndice de modulacin y la frecuenciamxima de modulacin.


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4

VCO Clapp: Circuito oscilador FET, centrado a una frecuencia de 10MHz. Es el corazn delmodulador siendo el responsable de la estabilidad de frecuencia.

Amplificador de salida: Amplificador de RF con una simple sintonizado a la salida que mejora ladistorsin armnica y adapta para una impedancia de salida a 50 ohms.

Figura 2:Circuito del diseo

2.2. Desarrollo del circuito

Partiendo del esquema bsico del un oscilador Clapp, usando un transistor JFET, se estudia la red derealimentacin reactiva y qu componentes ofrecen la mxima variacin de frecuencia de oscilacin. Se optapor una configuracin Common Source con Grounded Source. Se usa el JFET a un 50% de la tensin dealimentacin mxima. En este circuito se tiene un capacitor variable (mecnico) para regular la frecuencia deoscilacin y un preset resistivo para ajustar el gm de trabajo y as ajustar la ganancia del JFET, a fin decumplir con las condiciones de Fase y Ganancia Inicial para hacer que el circuito oscile.

A la salida se coloca otro amplificador simple sintonizado con JFET para darle ganancia a la seal desalida a la frecuencia de trabajo y atenuar las armnicas. Para conseguir la adaptacin de impedancia entrela lnea y el valor que da la mxima potencia del amplificador se planteo el circuito tanque con un divisorcapacitivo.

En segunda instancia, habiendo ya logrado una frecuencia de oscilacin estable, se disea la etapamodulante acoplada mediante un filtro pasa-bajos que evite el paso de la portadora a esta etapa. Para elclculo, y sabiendo que esta etapa trabaja solo con frecuencias de audio, se opta por usar un AmplificadorOperacional. Siendo esta etapa la responsable del ndice de modulacin, se analizaron las curvas de losvaricaps para calcular la amplificacin necesaria.

(1)

siendo Vm el valor pico de la seal de entrada, una constante definida por el diseo constructivodel Clapp, y A, el valor de la amplificacin de la etapa modulante. Por lo que la ganancia de esta etapa debeser:


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5

(3)

Para los detalles del clculo y los valores, se puede referir al Anexo de Clculos. En base a la ecuacin(4) se puede calcular la ganancia necesaria para obtener la desviacin mxima de esperada.

(4)

De este anlisis se desprende la necesidad de usar un amplificador logartmico porque la curva devariacin de los varicaps no es lineal, luego si los alimentara con una seal de entrada amplificadalinealmente, set tendra una variacin de frecuencia alineal. El amplificador logaritmo compensa este efecto ylinealiza la variacin de la seal de oscilacin.

Figura 3:Curva de variacin de capacidad de los Varicaps usados BB105A

Finalmente, dato curioso, para minimizar inducciones mutuas entre los bobinados usados, se orientan lasbobinas de forma perpendicular y lo ms alejadas posible. La induccin entre las bobinas es notoria al girarlos ejes de estas, provocando auto-modulaciones y saltos de frecuencia que al principio fueron bastantedifciles de eliminar.

2.3. Clculo de componentes del circuito

En base a la teora de osciladores vista en las clases de Electrnica aplicada III y la bibliografa

consultada, se inicia el clculo de los componentes en base a las condiciones de Frecuencia de Resonanciay la Condicin de Arranque del oscilador. Los valores obtenidos se aproximan a valores comerciales. Elanexo de Clculos contiene el detalle de las frmulas y consideraciones. Se muestra una tabla con losvalores calculados para el circuito del oscilador


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6

Tabla 2:Valores de los componentes del circuito LC de realimentacin

Para los inductores, se recurre a un pequeo software de clculo de inductores, donde alternando eldimetro del solenoide y el grosor del cable se consigue llegar a los valores necesarios de inductancia. Seusa un puente digital LC para verificar los valores y, retirando o agregando espiras, se llega a los valoresnecesarios.

2.4. Simulaciones y ajuste de valores

Se usan modelos en PSpice para las simulaciones. Sobre estos modelos se verifica la oscilacin delcircuito, la frecuencia de oscilacin y su pureza espectral, usando la funcin FFT. La simulacin es parte deldesarrollo del circuito, pues permite validar una dada combinacin de componente que cumplen con las

condiciones de las ecuaciones pero causan diferencias en el rango de variacin del oscilador y su potenciade salida.Se muestran algunos resultados relevantes de la simulacin. En el Anexo de Simulaciones se puede

encontrar el detalle de las simulaciones y sus resultados

Figura 4:Seal de salida del amplificador de Audio. Azul: Entrada. Violeta: Salida


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7

Figura 5:Seal de salida del VCO

La simulacin muestra una frecuencia de 9.96 MHz.

Figura 6:Respuesta en frecuencia de la etapa de salida

La simulacin indica que el filtro est centrado en 10MHz, tiene una ganancia de 15 dBen esta frecuencia, yatena -70 dBla segunda armnica de la seal. El filtro real muestra que esta atenuacin es mucho menoren la realidad

2.5. Parmetros y rango de valores a medir

Sin seal modulante: Frecuencia de oscilacin Potencia de salida Pureza espectral / Contenido armnico

Con seal modulante Rango de variacin de la portadora Rango de modulacin Linealidad de la modulacin


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8

Para estas mediciones se usar principalmente un Analizador de Espectros, un Frecuencmetro y unmedidor de Potencia de RF

Nota: Todos los instrumentos deben tener una impedancia caracterstica de 50 Ohms.

2.6. Esquema del Setup de medicin

Figura 7:Setup de Medicin

El setup de medicin es relativamente sencillo, pues el modulador de FM solo requiere de la fuente detensin en de continua y la seal modulante, en el rango de frecuencias de audio.

Segn el parmetro a medir, se usa uno de los tres instrumentos, conectados por medio de cables yconectores BNC a la placa del modulador

El Osciloscopio es usado en la etapa de diseo, no se determinan de este instrumentos las mediciones decaracterizacin

3. RESULTADOS

3.1. Instrumentos usados

Frecuencmetro Protek U2000A Medidor de Potencia de RF Anritsu ML2487B Analizador de Expectro HP

3.2. Mediciones sin seal modulante

Usando un Frecuencmetro se midi la frecuencia central de oscilacin de 10.0010 MHzLa deriva temporal del oscilado no permiti hacer uso de toda la resolucin del instrumento pues la

frecuencia central de corra con el tiempo.Usando el medidor de potencia de RF se obtuvo una medicin de 3.74 dBm de salida, lo que corresponde

a 2.36 mW de potencia de salida, debajo de los 10mW del diseoLuego se us el Analizador de espectro para las siguientes mediciones


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9

Medicin 1:Frecuencia Central

Debido a la deriva del oscilado de 1KHz/seg no fue posible obtener una mayor resolucin. El corrimiento dela frecuencia central de 10MHzes de +- 2 KHz, que es un 0,4%.

Existe cierta modulacin de FM residual de baja frecuencia, pues se ven variaciones en las faldas del picocentral.

Medicin 2:Distorsin armnica


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10

Analizando el contenido armnico, se tiene una distorsin armnica de 0.11 %

Armnica Atenuacin en dBc2da, 20MHz -24,623era, 30MHz -55,474ta, 40MHz -55,44

Tabla 3:Contenido armnico de la seal de salida1.1. Mediciones sin seal modulante

En todas las mediciones siguientes, se mantuvo constante la amplitud de entrada, en su valor mximoestipulado de 0,4 V. Esto asegura que el parmetro f fue constante en estas mediciones

Medicin 3:Modulacin a 1KHz

Cuando la seal modulante es de 1KHz, el modulador se comporta como FM Banda Ancha. Buscando lospuntos de -40 dBcrespecto a la portadora sin modular, se tiene un BWde (10.0005 - 9.9705) KHz = 30 KHz

Siendo, en FM Banda Ancha, BW aprox = 2f, se tiene f = 15 KHz

Siendo f = KfA, y A = 0,4Vla seal de entrada, Kf = 37,5 KHz / V


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11

Medicin 4:Modulacin a 15KHz

Cuando la seal modulante es de 15KHz, el modulador se comporta como FM Banda Angosta. Se verificaque la separacin de frecuencia respecto a frecuencia central es de 16KHz, cercano a fm de entrada de 15KHz

La medicin muestra varias componente de la modulacin, pero calculando la atenuacin de la Primera ySegunda componente (funciones de Bessel de orden 1 y 2) se obtiene el valor aproximado de demodulacin

Funcin Bessel Atenuacin en dBc Atenuacin J1 -16.51 0,149 0.3J2 -25 0,056 0.6

Tabla 4:Contenido de modulacin en 15KHz

Verificamos el comportamiento de Banda Angosta pues < 1.

Conforme la frecuencia modulante aumenta, inician tambin a actuar las faldas del filtro de la etapa de saliday se marca an ms el comportamiento de FM Banda Angosta


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Medicin 5:Contenido de modulacin en 50KHz

2. DISCUSIN

En el inicio del proyecto, se encara un diseo que no tiene como objetivo obtener una buena potencia desalida, sino que se enfoca el primer diseo en la oscilacin y estabilidad de frecuencia, as como la validez yalcance del principio de variacin de frecuencia al cambiar la polarizacin de los diodos varicap. Este diseotiene xito en sus objetivos frecuenciales. Luego se ajustan las consideraciones del circuito, haciendo unaspequeas modificaciones, para obtener la mayor potencia de salida posible. Sin embargo, a pesar de losclculos y simulaciones exitosas, las mediciones muestran un desplazamiento de la frecuencia central de

oscilacinEs de notar tambin la fuerte inductancia mutua que presentan los bobinados, que son capaces de

establecer caminos de seal y oscilacin a frecuencias no esperadas. Basta con girar los ejes de losbobinados para que este efecto se reduzca drsticamente.

Los componentes para el circuito no estn disponibles en algunos locales de venta de componenteelectrnicos. Principalmente los diodos varicaps y los transistores JFET no se consiguen fcilmente.

Una mencin respecto al uso de los capacitores variables mecnicos, de los cuales se usan 2 eneste circuito, es que se debe limitar los valores entre los cuales vara porque sus variaciones son bruscas ycon discontinuidades. Se usa un arreglo de capacitores cermicos en Serie y en Paralelo para definir losmrgenes de variacin y suavizarla.

Respecto al proceso de diseo y medicin de los inductores necesarios, se encuentran varias calculadorasde inductancia en pginas Web de radioaficionados. Los resultados ms exactos se obtienen con el softwareque se indica en la seccin de Referencias. Es de notar cmo, durante el proceso de medicin, la longitud delos cables que se dejan fuera del solenoide influye de manera significante en la medicin de la inductancia.Esto indica que durante el proceso de verificacin, se deban tener siempre los conectores fuera del solenoideen su menor longitud posible.

3. CONCLUSIONES


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13

El circuito obtenido, un Modulador de FM, est fuera de las caractersticas de diseo, tanto en potencia desalida, como valores de modulacin

f = 15 KHzKf = 37,5 KHz / V

Comportamiento de FM Banda Ancha en Fm = 1KHzComportamiento de FM Banda Angosta en Fm = 15KHz

= 0,3 en Fm = 15Kh

Como oscilado en s, el circuito obtenido cumple con poco error la especificacin de la frecuencia central

Fo = 10Mhz 2KHzPout = 3,74 dBm

Existe una deriva en el circuito que lentamente, en cuestin de minutos, desplaza la frecuencia central y sedebe reajustar con los potencimetros del circuito

Hubieron mediciones que no se realizaron y que contribuyen a la caracternizacin, como la medicin del

Ruido de Fase y la respuesta del oscilado al variar la amplitud de la seal de entrada. Esta ltima medicinse debe realizar en algunas frecuencias en el rango de 1KHz a 15 KHz

4. BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS

Presentaciones de clase sobre Analizadores de Espectro y mediciones de FM. UTN - FRBAFoundations of Oscillator Circuit Design, Gonzales. Artech, 2007. Chapter 3Presentaciones de clase sobre Osciladores LC. UTN - FRBA

4.1. Software usado

Software Coil32 v6.1.0.17 para el clculo de los inductores. (http://coil32.narod.ru) Software PSpice 9.2 para la simulacin de los circuitos

Software Smith v3.10 para la simulacin de los circuitos y adaptadores MatLab 2008 para el estudio de los polos del sistema y condicin de oscilacin Software Microsoft Excel 2003 para la tabulacin de valores y estudio de posibles escenarios con

diferentes valores de componentes

4.2. Hojas de datos usadas

Amplificador operacional LM324 Diodos Varicap BB105 Transistor JFET BF244


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UTN FRBA ME2 Modulador FMNoviembre, 2012

Anexo 1Clculo del !cilador

Condicione de "ie#o$

Tabla A1:"a%o

Figura_A1: Circuito - Oscilador

&ara em'e(ar )i*o la excuri+n mxima deeada$

Vo=Vdd Vdsq=1-- 1

Vo=10-

Aumiendo como calculo a'roximado la 'erdida de inerci+n i.ual a la de un im'le in%oni(ado, calculo lamima 'ara aber /ue 'o%encia debe en%re.ar el FET 'ara cone.uir la 'o%encia deeada obre la car.a

IL=1Q c

Q o=1

10

220 2

IL=0,2

Aora 'uedo calcular la 'o%encia 3 rei%encia necearia la alida del %rani%or

Pa=Po

IL =1,2

mW

0,2

Pa=,45mW

Ra=Vo2

2Pa=

10-2

2,45mW 6

Ra=12,5K

Con e%o da%o 'uedo conocer el valor re/uerido de 1ra arm+nica de la corrien%e

Id1=Vo

Ra=

10-

12,5K

Id1=0,74 mA

1

"a%o

8o 214,2

)o 10,00 M9(

8c 10

&o 1,2 m:

-dd 1,00 -

R;

"a%o del FET

-d?min ,00 -

67 @


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Normali(ando iendo$

a$ relaci+n en%re la %eni+n 'ico de la )undamen%al -1 a la en%rada 3 la %eni+n de cor%e -c del FET

2$ e el n.ulo de circulaci+n obre 2 E%e me 'ermi%e aber en /ue clae e%a )uncionando el

ocilador

F0a $ e el valor de la com'onen%e de con%inua de la corrien%e


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Anlii de Tran)erencia Be%a$

Vg=Vo

1

S C1

1

S C1

1

S Cs 1

S L 1

S Cc

= Vo

1

S C1

S Cs1

S L1

S Cc

12

=Vg

Vo=

S2L Cc

CsC

sC

c

S2L Cs CcCsCc S

2L Cc C1C1

1

= S

2L Cc CsCsCc

S2L Cc CsC1CsCcC116

o2=

1

L CT1

1

CT=

1

Cc

1

CsC1 C2C1C2

=

CcCsC1C2C

1C

2

Cc CsC1 C2

C1C2 15

o2=

CcCsC

1C

2

C1C2

L Cc Cs C1 C2C1C2 17

o2L Cc =

CcCsC1 C2

C1C2

CsC1 C2

C1C2

=Cc C1C2Cs C1C2C1 C2

CsC1C2C1 C21D

>i reem'la(o e%a ecuaci+n den%ro de la ecuaci+n de be%a ob%enida an%eriormen%e$

=

CcCsC1 C2

C1C2

CsC1 C2C

1C

2

CsCsCcCcCs

C1 C2C

1C

2

CsC

1C

2

C1C2CsC1CsCcC1

14

= CcCs

C1 C2

C1C2 CsCcCsCc

C1 C2

C1C2Cs

1 C1 C2

C1C2Cs CcCs

C1C

2

C1C2CsCcC1

Cs

CsC1 CsCcC1

C1C

2

C1C

2C

sC

1

Cs

CsC1

C1C

2

C1C

2 CsC1

20


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=

Cc.C1C2

C1C2CsC1C2CsC1 C2

C1C2 Cs

CcCc

Cs

CsC1Cc

C1C2

C1C2CsC1

CsC1C2C1 C2C1C2 CsC1

21

=

C1 C2

C1C2 CsC1C2CsC1 C2

C1C2 Cs

C1CsC1

C1 C2

C1C2CsC1

CsC1C2C1 C2C1C2 CsC1

22

= C1 C2C1C2CsC1 C2

C1 C1C2C1C2CsC1C2C1 C2 2=

C2

C1C2C226

=C2

C1

=Vg

Vo

2

Como conclui+n, veo /ue la %ran)erencia e )unci+n Lnicamen%e de lo ca'aci%ore C1 3 C2, 3 'or %an%oon e%o lo /ue de)inen la relaci+n en%re la %eni+n de en%rada 3 la de alida Adem, 3 como era dee'erar, el be%a e ne.a%ivo 3a /ue e neceario 'ara alcan(ar la condici+n de ocilaci+n

En bae a e%o reul%ado e 'oible calcular r'idamen%e lo com'onen%e deeado

=AIL

gmoRa 25

=15,5 mS

Vg=Vo =155,66mV /ue e condice con

V1=a Vc=15mV

"ede el 'un%o de vi%a de la bobina, lo /ue ve comocar.a e la 'ro3ecci+n de R; a %rav del doble diviorca'aci%ivo, 'or lo /ue 'uedo calcular el valor de loelemen%o en )unci+n de u relaci+n de %ra)ormaci+n

6

Figura_A 2:"ivior Ca'aci%ivo "oble


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C2=n1 C=n1 C1 C2

C1C227

n1=C

1C

2

C1=1

C2

C1=1 2D

n1=1,017

n2=1Cs

Cc24

1

Q c= 1

Q o

oL

n12n2

2RL

0

n22=

o L

n12RL 1Q c

1

Qo 1

El uar lo ca'aci%ore Cc 3 C no da cier%o .rado de liber%ad 'ara corre.ir lo errore de )abricaci+n dela bobina in 'erder lo 'arme%ro de die#o En 'rinci'io e calculo 'ara un n2 G 2, 3 e re/uerHa unabobina de a'rox 5 u93

Cuando e con%ru3o dica bobina ob%uvimo 6,56u93, 'or lo cual$

n2=2,D

C=6,5 pF

Cc= C

11

n2

=D6,0DpF 2

CsC1C2

C1C2=n2C

"e)ino C a un valor en bae a lo varica' a uar lo cuale %ienen u ca'acidad media en 10'F, 3

conidero %ambin la ca'acidad del %rani%or en%re drain 3 .a%e el cual e de a'rox 1'F /ue /uedarHa en'aralelo a e%e

Cs=67pF10pF1pF=D'F

C12

=C1C2C

1C

2

=n2CC

s=47,57 pF 6

C1= C

12

11

n1

=45,5 pF

C2=C12 n1=44,24 pF 5

>i normali(amo lo valore de lo ca'aci%ore$

Tabla A4: Resultados

-alore normali(ado

Calculado Normali(ado

; 6,56 u93 6,56 u93

Cc D6,0D 'F D6,0D 'F

C D,00 'F D,00 'F

C1 45,5 'F 6700,00 'F

C2 44,24 'F 100,00 'F


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&or Ll%imo re calculo Cc /ue va er mi ca'aci%or de a*u%e 'ara aber cual e el valor re/uerido 'araob%ener )o G 10 M( con lo valore normali(ado 3 lo valore ob%enido de 8c

Cc=1

1

C

1

Cs C1 C2C1C2

=D6,00pF 7

Tabla A5: -alore Finale

-emo /ue i bien a3 una di)erencia, e%a e mHnima

5

n1 1,02

n2 2,D5

8c 1D4


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Anexo 2Circui%o de Modulaci+n

&ara calcular el circui%o de modulaci+n debo 'rimero aber como varia la )recuencia en )unci+n de laca'acidad

Anali(ando Lnicamen%e el circui%o reonan%e$

o2=

1

L 1

1

Cc

1

CsC1C2C

1C

2

D

o2=

1

L

1

Cc

1

CsC1 C2C1C2

4o

2= 1L Cc

1

L CsL C1 C2

C1C2

60

o2

Cs=

L

L CsL C1 C2C1C

2

2 61

2 od

o

d Cs=

1

L Cs C1 C2C1C22

62

2do

o=

Cs

o2L Cs C1 C2C1C2

2d Cs

Cs 6

Figura_A 3: Circuito Resonante

doo

= Cs

1

L1

Cc

1

CsC1 C2

C1C22 L Cs

C1C

2

C1C22

d CsCs

66

doo

= Cs

CsC1 C2

C1C22

CcCs

C1C2C

1C

2

2d Cs

Cs6

do

o

= Cs Cc

2 Cs C1C2C1C22

CcCs C1 C2C1C2

d Cs

Cs

65

>i aora lineali(o la ecuaci+n en%orno a al 'un%o de o'eraci+n, /ue e el valor de C 'ara el cual ob%en.ola )recuencia de 'or%adora

7


21/29


o=o Cc

2Cs C1C2C1C22

CcCs C1 C2C1C2 Cs 67

Reem'la(ando 'or lo valore calculado an%eriormen%e$

C

s

=7,01015

>abiendo /ue$

KF

=

Vi6D

CsVi

1pF0, V

Av Vi

Vi 64

CsVi

=2pF/ VAv=21012

F/ VAv 0

= Cs

Cs

Vi Vi 1

= Cs

21012F/ VAv Vi 2

Figura_A 4: Curva de Varicaps

Av=

Cs210

12F/V Vi

En bae a e%a ecuaci+n 'uedo calcular la .anancia necearia 'ara ob%ener la deviaci+n mxima dee'erada

Av = 2 7KHz

7,01015 21012F/V0,6V

2

6

Av =11,D1

E%a .anancia e direc%amen%e dada 'or un o'eracional en con)i.uraci+n inveror umador 'ara 'oder darun a*u%e )ino al i%ema

Av=R2

R1

=11,D1

R212 R1

&or %an%o, ado'%o$R1=1K

R2=12K

Adem, 'ara lineali(ar lo mximo 'oible la variaci+n de )recuencia 3 abiendo /ue la re'ue%a de lovarica' e lo.arH%mica, e coloc+ a la en%rada un am'li)icador an%i=lo.arH%mico

D


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>im'le >in%oni(ado

Ra=VoId

5

Av=gmo Ra IIR22 II p 7

Vo=V1Av D

IL=1QcQo

4

Po=Vo

2

2RaIL 50

Po=V1gmo

1

1

Ra

1

R22

1

p2

2 Ra

IL 51

PoV1gmo Ra

2

2 Ra

IL 52

Ra2Po

V12gmo

2 IL5

Figura_A 5: Simple Sintoniado de Salida

Ra=72D1,2

RL

=0

!W=10KHz

Qc= o

2 !W=55,57 56

IL=1QcQ o

=0,7D 5

n =

R aRL

=12,07 55

oL=Ra 1

Qc 1

Qo=D6,4 57

L=1,2H

C=1

o2L

=1D7pF 5D

C1= C

11

n

=14pF 54

C2=C n1=1724pF 70

4


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Anexo de Simulaciones del Oscilador

El fin de las simulaciones es verificar las condiciones de oscilacin y amplificacin calculadas anteriormente,as como corregir valores o conexiones. La simulacin es parte del desarrollo del circuito, volviendo siemprea re calcular o reajustar valores y ecuaciones en base a los resultados de las simulaciones

Al igual que la etapa de diseo, se encada la etapa de simulacin en etapas, cada etapa con ciertascaractersticas a verificar.

Para las simulaciones se usa el programa PSPICE 9.2 versin estudiantil.

Etapa de Seal de entrada

La etapa de entrada es un amplificador anti logartmico, para contrarrestar la curva logartmica de los diodosvaricap. Luego, tenemos el circuito diseado:

Figura 1:Amplificador anti logartmico de Audio

La primera verificacin que se realiza es si el circuito responde de manera lineal a las diferentes frecuenciasde entrada. Se busca que la respuesta en frecuencia sea plana en la banda de las frecuencias de audio


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Figura 2:Respuesta en Frecuencia de Amplificador de Audio

En las frecuencias de audio tpicas, la respuesta es casi plana, aumentando para frecuencias superiores

Luego, para verificar la respuesta alineal a las amplitudes de entrada, se simula una seal triangular deentrada y se verifica la seal exponencial (anti logartmica) a la salida. Esta seal compensa la curva de losVaricaps

Figura 3:Seal de salida del amplificador de Audio. Azul: Entrada. Violeta: Salida

Se verifica que contrarresta la curva de los Varicap, pues a mayor valor de la seal de entrada, la salida estdeformada

Etapa de Oscilacin

La etapa de entrada oscilacin debe oscilar a la frecuencia establecida, con un cierto contenido armnico. Lasimulacin da la pauta de que el diseo y valores permiten la oscilacin estable del sistema, una vista delcontenido armnico de la seal de salida y su potencia de salida


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Primero se analiza la transferencia del circuito LC de realimentacin, que debe estar centrado en la

frecuencia de 10MHz

Figura 4:Red de realimentacin del VCO

Figura 5:Sintona de la red de realimentacin LC

Una vez verificada la red de realimentacin, se realiza un estudio con MatLab para obtener el lugar de Polosy Ceros del sistema del VCO y tener el valor de ganancia correcto que hace que el circuito empiece a oscilar.Este valor de ganancia es ajustable en el circuito real mediante un potencimetro


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Figura 6:Lugar de races del sistema VCO realimentado

Luego se analiza la seal de salida del VCO y su contenido armnico, mediante un anlisis de Fourier

Figura 7:Circuito VCO


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Figura 8:Seal de salida del VCO

La simulacin muestra una frecuencia de 9.96 MHz.

Figura 9:FFT de la Seal de salida del VCO

La simulacin no muestra un contenido armnico apreciable, sin embargo hay algunas componentes enfrecuencias que no son armnicos. Sin embargo, se verifica la oscilacin clara cercana a los 10MHz

Finalmente, se calcula la potencia de salida en base a la mxima excursin de Tensin y Corriente de salida


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Figura 10:Potencia instantnea de la salida de VCO

Es de notar que la potencia indicada es extremadamente chica. Los ensayos sobre la placa real muestranque la potencia es mayor y la seal est ms distorsionada (contenido armnico)

Etapa de salida

La etapa de salida tiene como objetivo amplificar la seal de salida del VCO, filtrar sus armnicas superioresy adaptar la salida a 50 Ohms de impedancia

Figura 11:Circuito del Amplificador de salida

Usando el Software Smith V3.2, se analiza la adaptacin de impedancia del circuito LC


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Figura 12:Adaptacin a 50 Ohm del circuito de salida

Se verifica a adaptacin de 6000 Ohms a 50Ohms, valores resistivosUsando la funcin de barrido de frecuencia, se analiza que el filtro de salida est ajustado a la frecuencia

central y se determina su ganancia

Figura 13:Respuesta en frecuencia de la etapa de salida

La simulacin indica que el filtro est centrado en 10MHz, tiene una ganancia de 15 dBen esta frecuencia, yatena -70 dBla segunda armnica de la seal. El filtro real muestra que esta atenuacin es mucho menoren la realidad

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