Download GENERADORES DE BARRIDO DE TENSIÓN - U. T. F. S. M.

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 e s (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
V ´=
VRI
V
=
RI + R 1 + R / RI
R´=
RI R
RI + R
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 vI − AbI = (1 − A)
VI = 0 por tanto, Vi = AbI = b0 = 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 e S =
VS
V
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:
eS ( MILLER) =
VS
V
1 + R / Ri
= S =
AV ´ V
A
En resumen, puede decirse que la desviación de linealidad
es (1 / A )(1 + R / R I ) 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:
V ´− R´i − R0i − AbI = 0
V I = V ´− R´í
De las ecuaciones recién vistas se reduce:
VI (t = 0+) = ∆VI = V0 (t = 0+) + ∆V0 =
V I (t =0 + ) ≈
( R0 / R´)V ´
1 − A + R0 / R´
R0V ´
R´| A |
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
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 =
I
V´
V
≈
=
C R´C RC
Es decir, la velocidad de barrido es la misma que si el
condensador se cargase directamente de la fuente V a través de
R.
C
R
E
et(t)
G
e0(t)
Figura 10. Forma general de un i**ntegrador Miller.
Figura 11. Integrador Miller con switch de arranque.
Figura 12. Integrador Miller con switch de arranque,
equivalente Thevenin.
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.
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.
Figura 13. Generador de barrido Miller Transistorizado.