Oscilador Controlado por Tensión (VCO) en base al MC1648

Se me ocurren un montón de aplicaciones para usar un circuito oscilador y sobre todo uno que nos permita funcionar en frecuencias altas, desde unos cientos de kHz hasta unos cientos de MHz, todo esto de una forma muy sencilla y con una estabilidad fuera de lo normal en estos circuitos.

Habitualmente se recurre a circuito como el colpitts, hartley, wein para hacer osciladores en base a circuitos tanque donde tenemos una bobina y un capacitor en paralelo que entran en resonancia.

En este caso el MC1648 posee en su interior toda la electrónica necesaria para que solo tengamos que poner una cantidad muy reducida de componentes en su exterior y así obtener una salida de frecuencia estable en base a un circuito tanque.

El MC1648 que presentamos es un circuito integrado viejo que se usa hace mucho tiempo pero existe una versión actualizada del mismo llamado MC100EL1648 o bien el MC12148 que este nos permite funcionar hasta 1.1GHz, lo cual ya nos esta expandiendo muchísimo las posibilidades de aplicaciones.

En nuestro caso hemos utilizado el viejo MC1648 ya que es mas sencillo de conseguir y hasta 150MHz que nos propone este monolítico, es una frecuencia que nos va a permitir "jugar" sin volvernos locos con engorros diseños de PCB y filtrado de parásitos de capacidades y demás.

Este circuito es un Oscilador, que podemos controlarlo tanto por un capacitor variable como por tensión, es decir utilizarlo como un VCO.

Para este ultimo solo necesitamos de un potenciometro y dos diodos varicap, aunque podemos aprovechar la propiedad capacitiva de un diodo rectificador conectado en inversa, pero esta sera de una capacidad del orden del nF, lo cual nos juega en contra para frecuencias del orden del MHz, pero nos va a venir bien para frecuencias del orden del kHz.

Si polarizamos los diodos varicap tendremos una variación de capacidad que sera función de la tensión de polarizacion (BIAS) de estos diodos, al tratarse de una tensión podríamos pensar en acoplar en esta una señal senoidal por ejemplo sonido, y así tendríamos un circuito que se puede modular en frecuencia.

Ahora sabemos que podemos modular en frecuencia (FM) y que este circuito funciona con facilidad en 100MHz, podríamos hacer un pequeño transmisor al cual después podemos agregar un booster lineal y aumentarle la potencia para obtener una mayor distancia de transmisión.

Aquí podremos ver el diagrama interno de bloques donde tenemos el circuito oscilador y una etapa de amplificación con control automático de ganancia (AGC), podremos ver también que la frecuencia máxima es de hasta 225MHz (no se asegura la estabilidad en esa frecuencia) y un alimentación de 5V máximo.

También tenemos que tener en cuenta los 50 Ohms de impedancia para la linea de transmisión.

Este es el circuito típico de aplicación donde podremos hacer oscilar a nuestro MC1648 a la frecuencia del tanque LC con la siguiente formula:

Donde ingresaremos los valores de Capacitancia e Inductancia y nos dará la frecuencia de resonancia del circuito tanque LC.

Aquí tenemos el análisis espectral para el ejemplo de circuito típico anterior donde sometemos el MC1648 a un tanque resonante en 100MHz.

Como mencionaba al principio de la nota, una aplicación muy sencilla para sintonizar nuestro circuito tanque es la utilización de diodos varicap y una tensión continua de polarizacion, esto hace que no necesitemos conseguir un capacitor variable que suelen ser caros y difíciles de encontrar (a menos que tengamos una vieja radio AM/FM para desarmar).

En este circuito podremos ver el circuito tanque constituido por la bobina L y los dos diodos varicap MV140, aunque podrían ser otros como los BB105, BB205, y si queremos un valor mayor de capacidad (menos frecuencia) y un costo menor, podremos implementar diodos rectificadores tipo 1N4007 o 1N4148.

Esta es la curva de respuesta para el circuito de la figura anterior con los valores de componentes establecidos en ese circuito, así se puede analizar la variación de frecuencia en función a la tensión y dando como resultado el VCO.

Aquí podremos ver una utilización muy común del VCO junto a un PLL para conformar un Sintetizador de frecuencias para un circuito de radio (transmisor o receptor) es una manera muy común, de echo es la que se utiliza en la actualidad para sintonizar estaciones de radio de forma segura y estable gracias al enganche de fase del PLL. Claro que el VCO lo tenemos análogo en este caso pero hay sintetizadores digitales con interfaz I2C o SPI que nos facilitan esta tarea, por ejemplo el LMX1602 entre otros.

Si les interesa el tema del PLL y su utilización como sintetizador de frecuencias les dejare la nota que habla sobre ello y un breve ejemplo en base al 4046.

http://electgpl.blogspot.com.ar/2013/10/pll-4046.html

Bueno ahora un poco del proyecto que estoy montando, ya que primero debería haber realizado la nota del Grid Dip Meter, para medir inductancias o circuitos resonantes sin contacto (muy útil en RF), se me ocurrió utilizar este MC1648 para medir la frecuencia de circuitos tanque LC.

Con la ayuda de un frecuencímetro podremos medir la salida de este MC1648 y utilizando un circuito tanque LC ya sea con trimmer o con varicap, podremos visualizar la frecuencia de operación del mismo.

Podremos saber que frecuencia tiene un tanque LC, como también una antena microstrip sintonizada o una linea de transmisión.

Para ello utilizaremos el MC1648 y dejaremos al aire las dos conexiones del tanque LC, donde ahí probaremos nuestros diferentes circuitos resonantes.

Se debe aclarar que lo ideal es utilizar las conexiones mas cortas posibles y sin conector de por medio para restar al mínimo las capacidades e impedancias parásitas de los mismos para tener una medición lo mas fiel posible.

Aquí les dejo un muy sencillo frecuencímetro con PIC al cual se puede aumentar el rango de medición con un prescaler externo.

http://electgpl.blogspot.com.ar/2013/04/frecuencimetro-hasta-50mhz.html

El circuito en cuestión es el siguiente:

Este es el circuito mas simplificado donde podremos ver que tiene un mínimo de componentes y que los pines 10 y 12 están en un terminal que he utilizado como ptr500 pero la idea es no soldar le conector y soldar el tanque directamente para realizar la medición.

Luego tenemos dos capacitores de filtrado (recordemos máximo 5Vdc), un capacitor en el control automático de ganancia AGC que podría ser un circuito diferente y también podríamos variarlo desde afuera, pero para simplificar al máximo he puesto ese capacitor de 100nF.

Por ultimo tenemos la salida de frecuencia que tiene un capacitor de bloqueo de DC y una resistencia de 1k2, que es dato del datasheet para que la linea de transmisión tenga una impedancia de 50Ohms cuando le acoplamos un instrumento de medición como un osciloscopio o un frecuencímetro. Si se requiere mas potencia hay que agregar el acoplamiento adecuado mediante la impedancia de entrada de una etapa amplificadora que puede ser un simple clase A con un BJT.