24 May Práctica. Anexo al Capítulo 5

ANEXO CAPITULO 5. Oscilador controlado por tensión (VCO)

5.2. Oscilador controlado por tensión con operacional de baja corriente.

El oscilador controlado por tensión (vco) que aquí se presenta se basa en un amplificador operacional tipo OP80. Este amplificador operacional tiene una corriente de polarización excepcionalmente baja de, normalmente, unos 200 fA (femto-amperio=10^-15 amperios) y 2 pA como máximo, por lo que cualquier desajuste causado por esta corriente es ínfimo. Por lo tanto, es ideal para su uso como integrador, ya que el funcionamiento de este tipo de circuito se ve afectado fácilmente por las desviaciones.

El integrador basado en OP80 del diagrama se utiliza como un vco que no se ve afectado por la polaridad de la tensión de control. Una tensión directa a la entrada del circuito hará que C1 se cargue. Dependiendo de la polaridad de la tensión de entrada, el potencial a través de C1, y por tanto la tensión de salida de IC1, será positivo o negativo. La velocidad con la que se carga C1 depende de la magnitud de la tensión de entrada: esta característica se utiliza para generar una señal a una frecuencia dependiente de la tensión. Para ello, la señal de salida de IC1 se aplica a un comparador de ventana que tiene un umbral de conmutación tanto para la señal máxima positiva como para la negativa. Estos máximos se ajustan a ±100 mV mediante P2. En algunos casos, puede ser ventajoso por simetría dividir R2 o R3 en una resistencia fija en serie con un potenciómetro preajustado.

Cuando uno de los comparadores conmuta, T1 se enciende a través de N1-N4 para que C1 se descargue. El resultado es una señal en diente de sierra a la salida del circuito, cuya frecuencia depende de la tensión de entrada. La puerta N4 asegura que el FET reacciona a ambos comparadores y las otras tres puertas retrasan ligeramente la señal de conmutación para asegurar que el FET se enciende el tiempo suficiente para permitir que C1 se descargue completamente.

El MOSFET tipo BSV81 está provisto de una conexión de sustrato separada que debe conectarse a la fuente. Dado que el sustrato ya está conectado internamente a la carcasa, el dispositivo es muy sensible a las radiaciones aleatorias, por lo que es preferible instalar el oscilador en una carcasa metálica pequeña.

Si no se puede obtener un BSV81, se puede utilizar otro MOSFET con una R_Dson muy baja y una C_rs muy pequeña. Si esto tampoco es posible, puede probarse un FET de unión, pero en ese caso debe conectarse un diodo en serie con la puerta y una resistencia de unos 10 K ohmios entre la puerta y la línea de alimentación negativa. Es importante asegurarse de que se alcanza fácilmente el nivel de tensión de desconexión. Puede ser necesario experimentar con el valor de C1.

Un dimensionado correcto de R1 permitirá ajustar la relación entre la tensión de entrada y la frecuencia a, por ejemplo, 1 Hz /mV. Con la entrada en cortocircuito, ajuste P1 para la frecuencia más baja posible de la señal de salida (idealmente, f = 0). La tensión de entrada máxima viene determinada por la corriente de salida de pico de IC2 (15 mA) y asciende a 15 x 10^-3 x R1.

La señal de salida del vco es una señal de diente de sierra limpia con una frecuencia de hasta 10 kHz, aunque es posible obtener frecuencias más altas. La frecuencia en función de la corriente de entrada viene dada por:

f = 1_in / (U _top x C1)      [Hz].

Con los valores indicados en el diagrama,

f = 1_in / (3.9 x 10^-10)     [Hz].

Por último, tenga en cuenta que la tensión de alimentación del OP80 no debe superar en ningún caso ±8 V. El circuito consume una corriente típica de 4 mA.