Parcial 2 - Electrónica General

El estudio de los osciladores senoidales exige el análisis de Fourier de la señal generada. Un buen oscilador senoidal deberá tener solo el armónico correspondiente a la frecuencia diseñada. Deberá minimizarse la distorsión bajando la parte real de la ganancia de lazo para que esté lo más cerca posible del 1. V. F.

Para que un circuito realimentado positivamente oscile es necesario que se cumpla solo la condición de oscilación. Es decir, que la parte imaginaria de la ganancia de lazo sea cero y haga infinita la respuesta en frecuencia del circuito. V. F.

Se puede demostrar analíticamente que para que no exista distorsión de fase en un filtro es necesario que el retardo de fase sea constante y el retardo de grupo sea cero. Lo que se manifiesta como una recta de pendiente negativa (el valor del retardo) en el diagrama de fases del filtro. V. F.

Los filtros se utilizan para atenuar determinadas componentes armónicas de las señales con múltiples componentes espectrales. Para ponderar una componente espectral determinada con una cierta atenuación, debo fijar la frecuencia de corte en la posición de la componente armónica y después calcular el orden del filtro correspondiente en función del grado de atenuación que pretenda conseguir. V. F.

Los osciladores de relajación generan buenos trenes de pulsos. Sin embargo, la generación de señales triangulares o rampa estrictamente lineales supone el uso de transistores JFETs en el lazo de realimentación que, polarizados en modo lineal, generan una fuente de corriente constante que carga linealmente al condensador. En el funcionamiento de estos transistores influye el sentido de la corriente, por lo que podemos usar dos transistores JFET en serie para conseguir la generación de señales tipo rampa. V. F.

El circuito resonante paralelo RLC constituye la base de los osciladores sintonizados. En ellos se cumple que la impedancia a la frecuencia resonante es estrictamente nula por lo que la caída de tensión en sus extremos hace posible la oscilación para una y solo una frecuencia. V. F.

El comportamiento de un circuito realimentado se puede predecir analizando su ganancia de lazo𝜷(𝒘)·𝑨(𝒘) que, en general, es un número complejo. Si el módulo de la ganancia de lazo es igual a la unidad para una frecuencia determinada y el argumento es cero, podemos afirmar que el circuito oscilará con toda seguridad. V. F.

El Teorema de Muestreo es un teorema que permite discretizar señales continuas en el tiempo dando la claves para recuperar la señal original a partir de un conjunto de muestras de la misma. Para que se pueda recuperar la señal original de la señal muestreada, es necesario que las muestras se tomen en intervalos de tiempo menores que la mitad del periodo del armónico máximo que la señal presente. V. F.

Los Filtros basados en la técnica de variable de estado permiten el diseño de una función de transferencia generalizada a partir de operaciones de integración y suma. Los filtros activos universales son una muestra característica de esta técnica. V. F.

Los Osciladores por Desplazamiento de Fase se construyen con tres redes pasivas pasa alta que provocan un desplazamiento de fase de 180º en el lazo de realimentación (60º por cada red pasiva). La condición de Barkhausen se consigue realimentado positivamente el Amplificador operacional a través de su entrada negativa y de esa manera se añaden los 180º necesarios restantes. V. F.

Los circuitos que se usan para sintetizar polos complejos conjugadores se clasifican de acuerdo con la técnica que los implementa tales como aquellos que usan fuentes de tensión controladas por tensión o aquellos que utilizan realimentación múltiple con amplificación de ganancia infinita. V. F.

La distorsión armónica en un filtro puede calcularse comparando la amplitud del armónico de interés con la amplitud de segundo o tercer armónico y expresarlo en términos porcentuales. V. F.

Los filtros conmutados utilizan circuitos de condensador conmutado para simular valores de resistencias. Para que un circuito de condensador conmutado pueda simular a una resistencia este debe conmutar cumpliendo en teorema del muestreo; es decir, debe conmutar a una frecuencia superior al doble de la máxima frecuencia de la señal que procesa. V. F.

Las Aproximaciones de Butterworth y Chebyshev cumplen una condición en la representación canónica del módulo al cuadrado y frecuencia de corte normalizada: Ambas se cruzan en un punto común en la frecuencia de corte normalizada y se introduce el concepto de factor de rizado. V. F.

Un comparador con histéresis podría definirse como un oscilador realimentado positivamente con dos estados estables que conforman una onda cuadrada. V. F.

Los transistores JFETs que se utilizan como generadores de corriente en osciladores de relajación, producen señales triangulares rectas y sin distorsión porque mantienen Vestrictamente constante el valor de la corriente inyectada. V. F.

El Factor de calidad de un filtro mide el grado de resonancia de un filtro para una frecuencia concreta. Se muestra como una función en forma de campana en torno a la frecuencia resonante y aparece en los circuitos que sintetizan a un par de polos complejos conjugados. V. F.

Para estudiar las condiciones de oscilación de un oscilador senoidal, debe identificarse el lazo de realimentación, debe abrirse el circuito y colocar en los extremos una fuente de prueba y una impedancia equivalente igual a la que ve la fuente de prueba. La ganancia de lazo se corresponderá con el cociente entre la tensión en la impedancia equivalente y la tensión en la fuente de prueba en el dominio de la frecuencia. Finalmente, aplicaremos el criterio de Barkhausen para encontrar la frecuencia de oscilación y la condición de arranque. V. F.

En los Osciladores Senoidales se utilizan diodos zeners limitadores de tensión con el objeto de acotar la amplitud de la señal de salida, que tiende a valer el valor de la tensión de saturación del amplificador operacional. No eliminan la distorsión armónica pero sí limitan la amplitud de salida. V. F.

Los filtros basados en técnicas de variables de estado sirven para sintetizar funciones de transferencia de grado arbitrario basándose en operaciones de integración y suma. V. F.

Un Comparador con histéresis es un amplificador diferencial realimentado positivamente que posee dos niveles de comparación estables y dependientes de la tensión de saturación de dicho amplificador. V. F.

Para analizar las condiciones de oscilación de un circuito se debe identificar primero el lazo de realimentación y el sentido del lazo. Después el lazo debe abrirse en un punto cualquiera, situar al inicio un generador de tensión auxiliar 𝑽𝑿(𝒘), y al final una impedancia 𝒁𝒊𝒏, equivalente a la impedancia de entrada que se ve desde el inicio. A continuación, debemos calcular la señal que llega al final del lazo 𝑽'𝑿(𝒘), y la ganancia de lazo 𝜷(𝒘)·𝑨(𝒘)=𝑽'𝑿(𝒘)/𝑽𝑿(𝒘). Finalmente se aplica el criterio de Barkhausen. V. F.

Los osciladores sinusoidales pueden realizarse con circuitos resonantes o con circuito que cumplan el Criterio de Barkhausen. En todo caso, todos ellos cumplen el criterio de Barkhausen. V. F.

Un Condensador conmutado es equivalente a una resistencia si se cumple: 1. La frecuencia de muestreo con la que se conmuta debe verificar el teorema del muestreo. 2. Las impedancias a las que está conectado el condensador deben ser infinitas (teóricamente) o análogas a la de la entrada + de un Amplificador Operacional. V. F.

Un Filtro Universal o Bicuadrático es un Filtro con una entrada y tres salidas realizado con la Técnica de Variable de estado para implementar en sola topología tres funciones de transferencia cuyo denominador, común a las tres, implementa un par de polos complejos conjugados. Cada uno de los Numeradores se identifican con las configuraciones pasa-baja, pasa-alta y pasa-banda respectivamente. V. F.

Los conversores D/A a condensador utilizan el principio de escalado de carga basado en la suma de condensadores en serie. Estos conversores poseen un conmutador reset y un condensador de terminación de forma que la capacidad total escalada es 2C siendo C la unidad base de escalado. V. F.

Decir que la parte imaginaria de la ganancia de lazo 𝜷(𝒘) · 𝑨(𝒘) es cero a una frecuencia determinada, garantiza que esa frecuencia se amplifique continua e indefinidamente manteniéndose así la oscilación tras la condición de arranque. V. F.

Existen dos formas fundamentales de abordar el diseño de circuitos para Filtros. Por un lado, el buscar circuitos que sinteticen polos simples y polos complejos conjugados que se puedan asociar a las Funciones de Transferencia Factorizadas; y por otro, mediante circuitos generalizados que permiten sintetizar Funciones de Transferencia expresadas como cocientes de polinomios de grado arbitrario (Técnicas de variables de Estado). V. F.

Los Osciladores en Cuadratura generan señales senoidales desplazadas 120 grados gracias al uso de dos integradores en cascada. V. F.

Las señales muestreadas se discretizan en tiempo y amplitud. Normalmente el muestreo en tiempo toma muestras a intervalos regulares de tiempo iguales. El muestreo en Amplitud se llama ‘cuantificación’ y puede hacerse a intervalos de amplitud iguales o desiguales. V. F.

Un filtro causal o físicamente realizable debe cumplir el principio de Paley-Wiener en el que se demuestra que el filtro debe tener una función ponderatriz definida en todo tiempo. V. F.

La ganancia de lazo es el Producto de la función de transferencia del Amplificador A(jw) por la función de transferencia de la red pasiva 𝜷(𝒘). Cuando la realimentación es positiva, el denominador de la Función de Transferencia del Sistema realimentado es 𝟏−𝑨(𝒋𝒘)·𝜷(𝒋𝒘). Si el módulo de la ganancia de lazo |𝑨(𝒋𝒘)·𝜷(𝒋𝒘)| es menor que la unidad, el sistema realimentado es estable con independencia del valor de la fase de dicho producto. Si el módulo de |𝑨(𝒋𝒘)·𝜷(𝒋𝒘)| =𝟏 y la fase 𝐚𝐫𝐠(𝑨(𝒋𝒘)·𝜷(𝒋𝒘))=𝟎 existirá oscilación y se mantendrá indefinidamente. Sin embargo, el sistema puede no arrancar a oscilar a no ser que |𝑨(𝒋𝒘)·𝜷(𝒋𝒘)| >𝟏. V. F.

El criterio de Barkhausen puede enunciarse también diciendo que las condiciones para que se de una oscilación de forma mantenida es que la parte real de la ganancia de lazo sea uno y que la parte imaginaria de la ganancia de lazo sea cero. V. F.

Los osciladores sintonizados cumplen el criterio de Barkhausen en una sola frecuencia. Así, proporcionan señales sinusoidales altamente precisas. V. F.

Un oscilador de relajación es un circuito no lineal capaz de producir una onda sinusoidal a partir de mecanismos de relajación electrónica. V. F.

Un comparador por histéresis es un circuito que permite la generación de ondas cuadradas y triangulares combinando su tensión umbral con un integrador. V. F.

Si aplicamos una tensión constante y estable en un condensador, este se carga linealmente hasta alcanzar un valor máximo. Después inicia el proceso de descarga invirtiendo el sentido Vde la corriente. V. F.

Los generadores de onda cuadrada y triangular son osciladores de relajación basados en las funciones de integración y comparación por histéresis. En algunos casos cuando no se controla la corriente de carga, la onda triangular aparece deformada e igual al proceso de carga y descarga de un condensador. V. F.

Para corregir el proceso de carga exponencial en condensadores, se introduce en el lazo de realimentación del Amplificador generadores de corriente basados en JFET. El JFET garantiza un aporte de corriente constante al Condensador por lo que el proceso de carga se realiza de forma lineal. Son necesarios dos transistores JFET en la misma rama del lazo y colocados en oposición para controlar los ciclos de carga lineal y descarga lineal del condensador. V. F.

Para polarizar a un Transistor JFET como fuente de corriente hay que utilizar una resistencia de polarización entre Drenador y Fuente para garantizar que el transistor siempre esté saturado. V. F.

El Objetivo del diseño de Filtros es encontrar circuitos electrónicos que realicen determinadas funciones de transferencia de interés. Este Objetivo implica resolver dos problemas: La obtención de funciones de Transferencia H(jw) que sean físicamente realizable y que satisfagan las especificaciones requeridas (problema de aproximación); y , por otro lado, la implementación de esta función de transferencia con un circuito electrónico adecuado. V. F.

Las exigencias para que un Filtro Ideal deje pasar la señal que Filtra por su banda pasante sin alteraciones es que posea distorsión de amplitud y distorsión de fase de forma simultánea consiguiéndose así máxima linealidad en la respuesta. V. F.

Para que una función de transferencia sea físicamente realizable debe tener una función ponderatriz que se extienda en todo tiempo. En caso contrario será imposible de realizar y solo se podrán obtener aproximaciones de la función deseada. V. F.

Con el fin de estandarizar el diseño de Filtros y comparar las distintas aproximaciones (pasabaja, pasa-alta, …), se definen tres parámetros comunes: 1. Definición de una Frecuencia de corte normalizada 𝒘𝑪. 2. En la frecuencia de corte, todas las aproximaciones pasan por el mismo punto: |𝑯(𝒋𝒘𝑪)|^𝟐 =𝟏/(𝟏+∈𝟐) siendo ∈ el factor de rizado. 3. Dentro de la banda pasante el módulo de la función de transferencia siempre se encontrará entre las siguientes cotas: 𝟏/(𝟏+^𝟐) ≤ |𝑯(𝒋𝒘𝑪)|^𝟐 ≤ 1. V. F.

En las distintas aproximaciones se definen polinomios factorizables con polos simples y polos complejos conjugados normalizados, cuyos vectores asociados en el plano complejo se encuentran a la izquierda del plano complejo en un semicírculo unidad o en una semielipse. Los polinomios de Butterworth contienen polos que se encuentran en una semielipse y los de Chevyshev contienen polos que se encuentran en el semicírculo unidad. V. F.

Una vez definidas las aproximaciones Pasa-Baja, correspondientes a cada uno de los polinomios (Butterworth, Chevyshev, Cauer, Bessel, etc…) es posible construir las aproximaciones Pasa-Alta y Pasa-Banda mediante transformaciones de la variable S. V. F.

Existen diversas topologías formadas por Resistencia, Condensadores y Amplificadores Operacionales para implementar polos simples y polos complejos conjugados; por ejemplo, las VCVS, las de ganancia infinita y realimentación múltiple, etc… Para implementar un filtro hay que desarrollar su expresión normalizada (en general la respuesta pasa-baja) en términos del tipo de polinomio, orden del polinomio y características de rizado. Después hay que factorizarla y trasladarla a la frecuencia de corte de interés. Posteriormente hay que identificar las expresiones correspondientes asociadas a 𝜶, 𝜷 y relacionarlas con las expresiones de una topología concreta elegida en función de las relaciones entre las resistencias y condensadores y la frecuencia de corte. Con ellas despejaremos los valores concretos de las resistencias y condensadores. Conectaremos en cascada cada implementación de pares de polos y en su caso, de polo simple hasta conseguir el orden del filtro deseado. Finalmente, simularemos la estructura para verificar que el filtro cumple las condiciones impuestas. V. F.

En los circuitos de Conversión D/A se suelen usar condensadores en el circuito de salida con el objeto de mantener una tensión constante cuando se presenta una palabra digital en la entrada. No obstante, si esa palabra digital permanece constante entre muestras sucesivas, no sería necesario el uso del condensador. V. F.

El proceso de cuantificación asigna a cada nivel discreto de amplitud una palabra digital codificada, en general mediante un código binario ponderado. V. F.

La aproximación de Butterworth es máximamente plana y con rizado controlado en la banda pasante. V. F.

En los Osciladores Senoidales, para que la oscilación se mantenga en el tiempo sin distorsión es necesario usar diodos zeners en el lazo de realimentación del Amplificador Operacional de ganancia mayor que uno. V. F.

Los interruptores que se utilizan en los circuitos de muestreo y de conversión A/D y D/A usan la tecnología NMOS para aumentar la velocidad de la conmutación. V. F.

Un integrador controlado digitalmente es un tipo de circuito mixto que permite el control del proceso de integración de forma digital. Normalmente tienen tres modos de funcionamiento: Reset, Integración y Retención. Estos circuitos se suelen usar en Conversores A/D de integración en rampa o doble rampa. V. F.