¿Cómo funciona un dispositivo activo como un oscilador cuando su salida vuelve a la entrada?

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En el libro The Art of Electronics de Paul Horowitz y Winfield Hill, se menciona que "los dispositivos con ganancia de potencia se distinguen por su capacidad de hacer osciladores, al devolver alguna señal de salida a la entrada". Tengo dos preguntas con respecto a esta declaración.

  1. ¿Esta declaración es completa en sí misma? ¿No hay necesidad de otro circuito (digamos un filtro)? En caso afirmativo, ¿qué causa la oscilación en un circuito de retroalimentación de este tipo que solo contiene un dispositivo activo?
  2. ¿Es cierto para todos los dispositivos que pueden generar una ganancia de potencia (es decir, dispositivos activos)?
pregunta Chaitanya Borah

4 respuestas

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La declaración no está completa por sí misma. En general, necesitas una ganancia superior a +1. La ganancia de potencia sobre la unidad es una necesidad, pero también tiene que ser de la fase correcta, y el oscilador NO debe tener ganancia sobre la unidad en DC.

La ganancia inferior a la unidad significa que la señal disminuye cada vez que pasa por el amplificador, por lo que cualquier oscilación desaparecerá.

La ganancia, pero invertida, produce retroalimentación negativa cuando la salida se realimenta a la entrada. Esto hace que el sistema se estabilice y no oscile.

Ganancia y en fase, pero el DC acoplado da como resultado dos estados estables, cada uno con la salida dirigida a los dos extremos.

Toma ganancia mayor que 1, en fase, pero DC gana menos que 1 para hacer un oscilador.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Casi cualquier circuito activo puede oscilar (especialmente cuando no lo desea). Todo lo que requiere es que tenga una retroalimentación positiva a la frecuencia de oscilación. Otra forma de verlo es que la retroalimentación tiene un cambio de fase de 360 grados. Siempre se requiere "otro circuito" para proporcionar este cambio de fase, pero parte de este "circuito" a menudo es la capacitancia interna del dispositivo o la inductancia de los cables y las trazas. Necesita un dispositivo capaz de proporcionar ganancia y una combinación de componentes externos y reactancia interna que proporcionará la fase correcta para la retroalimentación.

No puedo pensar en un componente que tenga una ganancia que no puedas hacer que oscile con los circuitos correctos a su alrededor.

    
respondido por el John Birckhead
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1) La ganancia de potencia para la Oscilación significa que el transistor extrae la alimentación de CC para amplificar la señal de CA para aumentar su potencia de salida con algún tipo de efecto de segundo orden, como valores de LC de conductor discreto o parásito o distribuido. Los valores de LC proporcionan la relación de impedancia y, por lo tanto, el filtrado de tensión o corriente y el desplazamiento de fase causan oscilaciones.

El criterio de "Barkhausen" para la oscilación es retroalimentación de CA positiva y ganancia = > 1. El análisis de CA de todos los valores de circuito, cable y componente LC son necesarios para determinar si la relación de impedancia y la ganancia de voltaje conducen a un timbre o a una oscilación estable o a una creciente oscilación a saturación (onda cuadrada).

Tenga en cuenta que también hay osciladores RC que son filtros de primer orden pero con histéresis en retroalimentación negativa que creará un "oscilador de relajación". El uso de retroalimentación de CC negativa (para convertirse en autodirigido de CC) con histéresis causa un retardo de tiempo con una capacitancia en derivación y, por lo tanto, un cambio de fase de 90 grados con cada medio ciclo que genera una retroalimentación de CA positiva equivalente de 360 grados. En este caso, la entrada aparece como una onda triangular y la salida es una onda cuadrada, sin embargo, los mismos principios aplican el dibujo de la ganancia de potencia de CC con el filtrado para producir oscilaciones de CA con más potencia de salida que la entrada. En ESTE caso, la entrada es un desplazamiento de CC que causa una velocidad de giro que contiene una señal suficiente de la frecuencia de oscilación para crecer a una oscilación saturada estable muy rápidamente, a menudo simétrica con respecto a V + / 2.

Cuando la ganancia unitaria con 0 o 360 grados de retroalimentación (positiva) la salida es sinusoidal. Sabemos que los seguidores emisores proporcionan ganancia de voltaje de unidad y ganancia de potencia de la amplificación de corriente. Pero cuando se conduce un cable delgado inductivo en serie con una impedancia de conducción muy baja, una Q alta suena en las señales de borde cuadrado provocará un timbre debido a la falta de coincidencia de impedancia y en algunos casos la retroalimentación degenerativa mantendrá la oscilación a una frecuencia muy alta debido a los efectos de carga del cable LC del emisor .

Otros ejemplos son retroalimentación con ganancia con resonancia paralela LC, son los colpitos Hartley y los osciladores de cristal que son emulados por los componentes de la LC para netos de 0 o 360 grados. etc. desplazamiento de fase a frecuencia de resonancia.

El tiempo de arranque es por el factor de amortiguamiento o Q o relaciones de impedancia real / reactiva del circuito. (donde me detendré aquí, ya que me temo que ya he dicho demasiado). Los cristales a menudo tienen Q = 10k, mientras que los circuitos LC están a ~ 100 máx. Debido a restricciones físicas y osciladores de histéresis RC limitados solo por el Gain-BW del amplificador.

2) Todos los transistores y diodos se denominan dispositivos Activos debido a la pendiente semiconductora de I / V que da lugar a ganancia de voltaje o corriente según la carga con una fuente de CC. Los dispositivos pasivos (RLC) también pueden tener una ganancia de voltaje de CA o una ganancia de corriente de un paso de potencia de CC de las relaciones de impedancia de un circuito sintonizado, pero no son capaces de sostener las oscilaciones porque NO hay un dispositivo de SEMICONDUCTOR ACTIVO para proporcionar GANANCIA DE POTENCIA. Por lo tanto, la ganancia V o I es siempre a expensas de un aumento en la resistencia de salida para circuitos pasivos. Por lo tanto, un dispositivo activo es necesario para la ganancia de potencia. La ganancia de potencia está limitada por el tamaño del dispositivo, donde la eficiencia de la ganancia de CA y el consumo de CC depende en gran medida del diseño del circuito con compensaciones por linealidad, distorsión, etc.

La impedancia reactiva se utiliza para determinar si hay ganancia en relación con la carga resistiva. El factor de amortiguación se deriva de esta relación de impedancia.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist
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¿Es cierto para todos los dispositivos que pueden generar una ganancia de potencia (es decir, dispositivos activos)?

No. Por ejemplo, un dispositivo con una ganancia de corriente de 10x y una ganancia de voltaje de 0.5x nunca puede oscilar, en modo de realimentación de voltaje.

Lo que dice es una condición necesaria pero no suficiente.

    
respondido por el dannyf

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