Reloj Atómico con Osciladores de Cristal

Un reloj atómico común consta de una cavidad en la que el elemento central (normalmente el isótopo cesio 133) se calienta para liberar sus átomos. Los átomos liberados poseen cargas eléctricas variables. Estos átomos pasan a través de un tubo de vacío en cuyo interior existe un campo magnético que los filtra dejando pasar solo a los átomos con el estado energético correcto.

Reloj atómico de la NASA

Los átomos seleccionados (de baja energía) pasan más tarde a través de un campo de microondas concentrado, producido por un transmisor que es controlado por un oscilador de cristal de cuarzo configurado para vibrar a 9.192.631.770 Hertz (o ciclos) por segundo. La frecuencia del campo de microondas no es siempre exacta y oscila con respecto a la vibración requerida, pero esta variación es siempre mínima y en algún punto de cada ciclo se consigue siempre alcanzar la frecuencia correcta.

Un átomo cambia a un estado de alta energía sólo si pasa a través del campo de microondas en el momento en que se alcanza la frecuencia correcta. Estos átomos, que han variado su estado energético, son más tarde detectados y controlados por un dispositivo que se encuentra al final del tubo de vacío.

En ese momento, otro campo magnético ordena y filtra los átomos para identificar a los que tienen el estado energético correcto. Si el conteo de estos átomos no alcanza el nivel de un umbral establecido, eso significa que el oscilador de cristal no está funcionando correctamente por lo que se le ajusta para que transmita a la frecuencia correcta. En un dispositivo aparte, se convierte luego la frecuencia de oscilación a pulsos de exactamente un segundo cada uno.

En el primer reloj atómico de la historia (su variación era de un segundo cada 300 años). Compárese con las maravillas que hoy en día produce la miniaturización (se adelanta o retrasa un segundo cada 10.000 años).

Nanyoly Mendez

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Oscilación de baja frecuencia

El término oscilación de baja frecuencia (LFO) está una audioseñal generalmente debajo de 20 hertzios que crea un ritmo que pulsa más bien que un tono audible. LFO refiere predominante a técnica audio utilizado específicamente en la producción de música electrónica. La abreviatura es también muy de uso frecuente referirse osciladores de baja frecuencia ellos mismos, que producen los efectos exploraron en este artículo.

Historia

La oscilación de baja frecuencia como concepto primero fue introducida en synths modulares de los años 60 y 70s. El efecto de LFO era a menudo accidental; la miríada era tan el número de las configuraciones que se podrían “remendar” por el operador del synth. LFOs ha aparecido desde entonces en una cierta forma en casi cada sintetizador. Más recientemente otro instrumentos electrónicos, por ejemplo dechados y sintetizadores del software, han incluido LFOs para aumentar sus capacidades sanas de la alteración.

Descripción

El primario oscilador circuitos de a sintetizador se utilizan crear audio señales. Un LFO es un oscilador secundario que funciona en un perceptiblemente más bajo frecuencia (por lo tanto su nombre), típicamente alrededor o debajo del umbral de la audiencia humana (que es aproximadamente 20 hertzios). Esta frecuencia más baja o señal de control se utiliza a module la audioseñal, cambiándolo sin introducir otra fuente de la sonido-señal. Como un oscilador estándar, esto toma generalmente la forma de una forma de onda periódica, tal como a seno, sawtooth, triángulo o onda cuadrada. También como un oscilador estándar, LFOs puede incorporar cualquier número de los tipos de la forma de onda, incluyendo definido por el usario wavetables, ondas rectificadas y al azar señales.

Usando una señal de baja frecuencia de la oscilación como los medios de modular otra señal introducen las complejidades en el sonido que resulta, tales que una variedad de efectos puede ser alcanzada. Los específicos varían grandemente dependiendo del tipo de modulación, de las frecuencias relativas de la señal de LFO y de la señal que son moduladas, et de cetera.

Aplicaciones

Un LFO se puede encaminar al control, por ejemplo, la frecuencia del oscilador audio, su fase, encuadramiento estéreo, filtro frecuencia, o amplificación. Cuando está encaminado a la echada del control, un LFO crea vibrato. Cuando un LFO modula amplitud (volumen), crea trémolo. En la mayoría de los sintetizadores y de los módulos de los sonidos, característica de LFOs varios parámetros controlables, que incluyen a menudo una variedad de diferente formas de onda, a tarifa control, encaminando las opciones (como se describe anteriormente), a tempo sinc. característica, y una opción para controlar cuánto modulará el LFO la audioseñal.
Los músicos electrónicos utilizan LFO para una variedad de usos. Pueden ser utilizados para agregar el vibrato o el trémolo simple a una melodía, o para usos más complejos tales como accionar puerta sobres, o controlando el índice de arpeggiation.

Las diferencias entre las tarifas de LFO también explican un número de efectos comúnmente oídos en música moderna. Una tarifa muy baja se puede utilizar para modular a filtro'frecuencia de atajo de s, de tal modo proporcionando la sensación gradual característica de llegar a estar sano más claro o más cercano al oyente. Alternativomente, una alta tarifa se puede utilizar para los efectos sonoros de “ondulación” extraños (de hecho, otro uso importante de LFO estaría para vario efectos sonoros utilizado en películas). Tales efectos son difíciles de describir, y son más comprensibles cuando están oídos.

Nanyoly Mendez

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Oscilaciones parásitas

Las capacidades pequeñas del transistor y las inductancias de los terminales de conexión a lo largo de todo el circuito pueden formar osciladores Colpitts o Harttey no deseados. Las oscitaciones que resultan se denominan oscilaciones parásitas. Generalmente, se dan a muy altas frecuencias y son débiles, debido a que la realimentación es muy pequeña.

Las oscilaciones parásitas hacen que los circuitos actúen erráticamente. Los osciladores producen más de una frecuencia, los amplificadores operacionales tienen demasiado offset, las fuentes de alimentación tienen un rizado inexplicable, los amplificadores producen señales distorsionadas y la imagen de video presenta ruido de imagen. Un viejo truco en señales distorsionadas consiste en tocar partes del circuito de baja tensión sospechosas de tener oscilaciones parásitas. Si el problema desaparece, es casi seguro que existe este tipo de oscilaciones.

¿Cuál es la solución para evitar las oscilaciones parásitas?

Se puede reducir la realimentación positiva añadiendo pequeñas resistencias a las conexiones de base de los transistores. Suele bastar 10 Ώ, pero se tienen que hacer pruebas para ver cuál es el valor más adecuado. Otra solución es colocar un núcleo de ferrita en cada conexión de la base. Éste absorbe suficiente energía en las oscilaciones parásitas y generalmente anula las oscilaciones no deseadas. En cualquier caso, la fracción de realimentación se reduce o el desplazamiento de fase se cambia lo suficiente como para que las oscilaciones parásitas desaparezcan.

Nanyoly Mendez

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Oscilador con red doble T

Este circuito se comporta como una red de adelanto atraso de fase (figura 1b). Existe una frecuencia fr para la cual el desplazamiento de fase es cero. La ganancia de voltaje es unitaria tanto para frecuencias altas como para frecuencias bajas.

La frecuencia fr en la cual cae a cero la ganancia de voltaje (figura 1c). Este filtro rechaza o atenúa las frecuencias cercanas a fr, estas también se llaman frecuencia de resonancia, de corte o de rechazo.

En la figura 2 se ve un oscilador doble T. La retroalimentación positiva se produce mediante el divisor de voltaje a la entrada no inversora. La retroalimentación negativa se obtiene mediante el filtro doble T. Se conecta la fuente de alimentación, la resistencia R1 de la lámpara es baja y la retroalimentación positiva es máxima. Conforme la oscilación va aumentando, la resistencia de la lámpara aumenta y la retroalimentación disminuye positiva. Al reducirse la retroalimentación las oscilaciones de salida se estabilizan en un nivel constante. Así es como la lámpara sirve para estabilizar el voltaje de salida.

En el filtro doble T se ajusta el valor de la resistencia R/2 en la práctica el circuito oscila a una frecuencia ligeramente distinta de la frecuencia ideal de rechazo. La frecuencia de oscilación debe acercarse a la frecuencia de rechazo, R1 debe ser mucho mayor que R2 en el divisor de voltaje.

En la figura 3 muestra otra posibilidad de controlar el nivel de resonancia. En este caso se usa un JFET como resistencia variable. El graduador o compuerta del JFET se conecta a la salida de un detector de pico negativo. Para cierto nivel de frecuencia de salida el detector de picos entrega un voltaje negativo continuo al graduador, o compuerta del JFET que incrementa o disminuye el valor de la resistencia en aproximadamente R/2. En ese momento el filtro doble T resuena y la salida de frecuencia del oscilador se estabiliza.

Nanyoly Mendez

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Aplicaciones de los osciladores

- Circuitos digitales (reloj)

- Transmisión y recepción de radio

Hay un tipo de oscilador llamado oscilador realimentado y para que éste oscile debe haber en el circuito una realimentación positiva.

Las características de los osciladores realimentados

1 - Amplificación

2 - Lazo de realimentación positiva

3 - Circuito para controlar la frecuencia

Un oscilador realimentado es un circuito que usa un amplificador para suministrar la energía necesaria al oscilador y un circuito de realimentación para mantener la oscilación.

Es en este circuito de realimentación donde se pierde la energía que tiene que suministrar el amplificador para el continuo funcionamiento del oscilador.

¿Cómo empieza la oscilación?

El voltaje de arranque es generado por los mismos componentes del oscilador. Los resistores generan una tensión de ruido que tiene frecuencias senoidales mayores a los 10.000.000.000.000 hertz.

Cuando el circuito arranca todas las frecuencias generadas son amplificadas y aparecen a la salida excitando el circuito resonante que responde sólo una de ellas, la cual es realimentada a la entrada del circuito con la fase adecuada para que se inicie la operación.

Realimentación positiva

- Vi = Tensión de entrada

- Vo = Tensión de salida

- B = Ganancia del circuito de realimentación

- Ao = Ganancia del amplificador con lazo abierto Ao = Vo / Vi (no se toma en cuenta la realimentación). Ver el gráfico

- Vf = Tensión de realimentación

- Ac = Ganancia en lazo cerrado

- BAo = Este producto (B x Ao) se llama ganancia de lazo

Para realimentación positiva, la ganancia de lazo cerrado es: Ac = Ao / [1-BAo]
Si el producto B x Ao se aproxima a "1", el denominador de la fórmula anterior tiende a "0" y como consecuencia la ganancia de lazo cerrado Ac, tiende al infinito. Estas ganancias tan altas producen oscilaciones.

Nanyoly Mendez

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