El VCO

El último día montamos un oscilador:

Y visualizamos la señal de salida que teníamos en terminales de una resistencia de 50 Ω que conectamos en lugar de la antena:

Vimos que, debido a la base de tiempos, el osciloscopio no era el mejor instrumento para verificar este tipo de circuito, ya que si, en lugar de trabajar a 27 MHz, trabajáramos a 50 MHz, no podríamos ver la sinusoide.

Lo que hemos hecho al empezar la clase de hoy es averiguar que potencia estábamos entregando al resistor de 50 Ω a la frecuencia a la que estaba trabajando el oscilador. Midiendo la tensión de salida y aplicando la fórmula P_L=Vpico²/(2·R_L) hemos obtenido que la potencia era unos 24 mW. Sin embargo, el valor no se puede tomar como un valor real porque hemos utilizado una expresión que es válida sólo para señales senoidales y lo que tenemos a la salida del oscilador es una señal periódica pero no senoidal. ¿Por qué no es una sinusoide? Porque para que nuestro oscilador arranque solo, necesariamente tenemos que trabajar por encima de las condiciones de Bark Hausen. Por lo tanto, para calcular la potencia media suministrada a un resistor independientemente de la forma que tenga la tensión debemos utilizar la siguiente expresión:

Decíamos anteriormente que el osciloscopio no era el instrumento ideal para analizar osciladores debido a su base de tiempo, pero tampoco lo es por la desadaptación de impedancias. Para que en un extremo del coaxial tuviéramos la misma tensión que en el otro, tendría que estar terminado en su impedancia característica (50Ω), sin embargo en el osciloscopio le estamos conectando 1 MΩ. Por lo tanto, para testar este tipo de circuito debemos utilizar otro instrumento: un analizador de espectros.

El analizador de espectros nos va a permitir descomponer la señal en sus distintas componentes frecuenciales y es curioso saber que podríamos implementarlo mediante un filtro paso banda sintonizable seguido de un demodulador de envolvente:

Para conseguir el filtro sintonizable se utiliza un filtro paso-banda fijo, un multiplicador y oscilador variable que modificará la frecuencia. 

Por lo tanto, si quisiéramos implementarlo, necesitaríamos saber hacer osciladores variables controlados por tensión, es decir, saber hacer osciladores que modifiquen la frecuencia actuando mediante la variación de una tensión continua.

Así pues, como ya sabemos hacer osciladores, lo que nos proponemos ahora es transformar nuestro oscilador en un oscilador controlado por tensión. Para construirlo, en definitiva, lo que necesitamos será un condensador variable cuya capacidad la podamos variar modificando una tensión continúa y eso se consigue con:

Un diodo, como sabemos, es una unión PN donde en medio tiene una zona vacía de portadores, por lo que podemos verlo como un condensador: conductor-dieléctrico-conductor. La zona vacía de portadores se hace tanto más gruesa conforme más elevada es la tensión V_R, es decir, cuando más inversamente está polarizado el diodo.

Por lo tanto, un diodo polarizado en inversa, a parte de un circuito abierto, también lo podemos considerar como un condensador y la capacidad que tiene va disminuyendo conforme mayor es V_R. Es un condensador controlable mediante una tensión.

Para hacer la capacidad variable, en lugar de una tensión fija utilizamos un potenciómetro que haga variar la V_R de 0 V a 15 V:

Finalmente, para convertir nuestro oscilador en un oscilador en el cual la frecuencia la podemos modificar alterando el valor de una tensión continúa, sólo tenemos que añadir dicho circuito: