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GENERADORES DE BARRIDO DE TENSIÓN

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Academic year: 2022

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GENERADORES DE BARRIDO DE TENSIÓN

CIRCUITO DE BARRIDO MILLER

Se utiliza un circuito integrador para convertir una onda en forma de escalón en otra en forma de rampa.

El circuito de la figura 10 (integrador MILLER), representa una posible realización del principio de una función de carga constante. La fuente de carga E en serie con el resistor R se conecta a un amplificador de tipo operacional que tiene una ganancia de voltaje negativo C muy grande. El capacitor C constituye la rama de retroalimentación.

Con es

( )

r =0 la corriente de carga es aproximadamente igual a E/R. Esto requiere un amplificador con impedancia de entrada considerable.

Al circuito de la figura 10, se ha incluido un interruptor S (entre la fuente E y el resistor R en serie), (figura 11), al cerrarse el cual se inicia la onda base de tiempos y también una resistencia Ri, que representa la impedancia de la entrada del amplificador. Se ha reemplazado el amplificador base, en cuanto se refiere a los terminales de salida, por su equivalente de thevenin. En este caso Re es la resistencia de salida y A es la ganancia de tensión en circuito abierto del amplificador base.

En la figura 12, hemos reemplazado el circuito de entrada, que consiste en V, R, y Ri, por su equivalente de thevenin siendo

I I

I

R R

V R

R V VR

/

´ 1

= +

= +

R R

R R R

I I

= +

´

(2)

Los circuitos de la figura 11 y 12 se utilizarán exclusivamente para calcular las salidas a partir de un estado inicial de reposo.

Despreciemos, por ahora Ro, suponemos que la tensión del condensador es nula y que el interruptor S está cerrado en el momento t = 0, puesto que la tensión del condensador era 0 para t = 0-, deberá ser 0 para t= 0+.

La tensión del condensador para t = 0+ es vIAbI =(1− A)

= 0

V

I por tanto,

V

i

= Ab

I

= b

0

= 0

.

Para t = 0+, de esta forma, inmediatamente después de cerrarse el interruptor la salida no se altera.

Para t = ∞, cuando el condensador ya esta cargado completamente y no pasa ninguna corriente por el mismo, podremos quitar el condensador con el objeto de hallar la tensión de salida, así encontramos para t = ∞, que Vi = V´ y por consiguiente, Vo = Ab´.

La onda de salida Vo es una simple exponencial ya que el circuito contiene solamente el condensador, deducimos, en consecuencia que la salida es del tipo exponencial con un valor inicial nulo y un valor final Ab´ el barrido es descendente puesto que A es una cantidad negativa.

Ya sea indicado que el error de pendiente para una onda exponencial esta dado exactamente por V

eS =VS siendo Vs la amplitud de barrido y V la desviación pico a pico de la exponencial., Por tanto, utilizando la ecuación anterior, el error de pendiente para la onda base de tiempo Vo será:

(3)

A R R V

V V

A

e

S MILLER

V

S S

1 /

i

)

´

(

= +

=

=

En resumen, puede decirse que la desviación de linealidad es (1/ A)(1+R/RI) veces, la correspondiente a un circuito de resistencia, condensador que se cargase directamente a partir de una fuente de alimentación V.

Ahora tengamos en cuenta la presencia de Ro, el valor final alcanzado por Vo es, como antes. AV´= -|A|V´. El valor inicial, sin embargo, es ligeramente distinto. Para hallar el valor de Vo en el instante T = 0+, basta escribir la ley de Kirchhoff, para la red de la figura 12, que incluye V´, R´, C, Ro y el generador A Vi.

Suponiendo otra vez que la tensión del condensador es nula, tenemos:

0

´

´ − R

i

R

0i

Ab

I

=

V

í

I

V R

V = ´ − ´

De las ecuaciones recién vistas se reduce:

´ / 1

´

´) / ) (

0 ( )

0 (

0 0 0

0 A R R

V R V R

t V V t

VI I

+

= −

∆ + +

=

=

= +

=

|

´|

0

´

) 0

(

R A

V V

I t= +

R

Ya que muy a menudo, Ro << Ri |A| >> 1, se llega a la conclusión que, teniendo en cuenta Ro, la salida continúa siendo una simple exponencial con el mismo límite asintónico, pero que comienza en Vo = ∆Vo, en vez de cero es decir, la tensión en la rampa descendente está precedida de un salto

(4)

positivo, a causa de este salto la desviación total del exponencial es ligeramente mayor que antes, en consecuencia la linealidad queda por ello mejorada, sin embargo, este salto es generalmente muy pequeño frente a la desviación AV´ para que pueda tener alguna importancia en cuanto se refiere a alta linealidad. Podemos calcular la velocidad de barrido del circuito Miller recordando, que existe un cortocircuito virtual en los terminales de entrada del amplificador base, por tanto, en la figura 12, la corriente I será casi igual a V´/R´. Esta corriente pasa por C, de manera que la velocidad de barrido será.

velocidad de barrido = RC V C

R V C

I ≈ =

´

´

Es decir, la velocidad de barrido es la misma que si el condensador se cargase directamente de la fuente V a través de R.

e

0

(t) C

R

E e

t

(t) G

Figura 10. Forma general de un i**ntegrador Miller.

(5)

Figura 11. Integrador Miller con switch de arranque.

Figura 12. Integrador Miller con switch de arranque, equivalente Thevenin.

(6)

GENERADOR DE BARRIDO MILLER TRANSISTORIZADO

De las consideraciones sobre la linealidad que se han expuesto anteriormente se deduce que resulta imprescindible utilizar un amplificador de elevada impedancia de entrada para el circuito integrador Miller transistorizado. Por consiguiente la primera etapa Q1, de la figura 13, es un seguidor por emisor, el transistor Q2 proporciona la amplificación de tensión, se elige un seguidor por emisor para la etapa de salida Q3 por varias razones, en primer lugar, debido a su baja impedancia de salida Ro, puede acoplarse a una carga tal como el amplificador horizontal, en segundo lugar, debido a su elevada impedancia de entrada, no sobrecarga el circuito de colector de Q2 apreciablemente y la ganancia conseguida en esta etapa puede por consiguiente ser muy grande (en el problema que sigue más adelante es en orden de 1000). Finalmente, si la ganancia |A| es grande y Ro suficientemente pequeña, no hace falta colocar ninguna resistencia R en serie con C y sin embargo, la onda de salida comenzará virtualmente sin ningún salto antes del barrido, el condensador C se coloca entre la base de Q1 (la entrada del amplificador de tres etapas), y el emisor de Q3 (la salida del amplificador). El campo en la velocidad del barrido varia conmutando R y C, y puede cambiarse continuamente sin mas que variar Vbb (utilizando un divisor de tensión a partir de una tensión de alimentación).

Es posible disponer de un circuito de manera que el interruptor aparezca situado entre la entrada y la salida del interruptor, para ganancias tan grandes como 1000 se indica que el tiempo de retroceso puede ser prohibitivo, por tanto a fin de facilitar la rápida descarga del condensador el transistor de conmutación Q4 y el diodo de desconexión D se colocan directamente a través de C.

(7)

En el estado de reposo, Q4 se mantiene conduciendo como resultado de la condición del circuito puerta Schmitt. La tensión de emisor de Q4 es negativa debido a que pasa por R1 la corriente de emisor, conduciendo también por consiguiente, el diodo D. La corriente que circula por R no pasa por C y lo hace, en cambio por D y Q4. Con ello se impide que C se cargue.

El barrido se inicia mediante una señal de disparo que cambia el estado del generador de pulsos puerta Schmitt. El aumento de tensión correspondiente en la base de Q4 corta este transistor. La caída de tensión positiva en R1 hace que también D quede polarizado inversamente. En este momento el extremo superior de C se conecta al colector de Q4 que esta cortado. La pequeña corriente de saturación inversa que se debe suministrar al colector de Q4 se entrega fácilmente a partir de la baja impedancia de salida del seguidor por emisor Q3. El punto de unión de R y C queda conectado a un diodo con polarización invertida. La corriente de pérdida a través de este diodo debe suministrarse a través de R. En consecuencia, se debe seleccionar para D un diodo que tenga una corriente de perdida extremadamente baja. Si se quieren obtener barridos rápidos, es preciso que D tenga también un tiempo de retención muy pequeño.

Al final del barrido, el condensador C se descarga rápidamente a través de Q4 y D. La salida del barrido podría llevarse a un circuito de retención como el que se muestra en la figura 13, a fin de asegurar una amplitud de base de tiempo fija.

Tal circuito de retención proporcionaría también un tiempo adecuado para que C se descargue completamente entre barrido y barrido de manera que la calibración de la base de tiempos seria entonces independiente del ciclo de funcionamiento.

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Figura 13. Generador de barrido Miller Transistorizado.

Referencias

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