Generadores de señal con Amplificadores Operacionales

10.3. Circuitos osciladores RC-OA

En este apartado se estudian algunos osciladores prácticos que utilizan amplificadores operacionales y redes RC.

10.3.1.- Oscilador de puente de Wien

El oscilador de puente de Wien, tal como aparece en el esquema básico de la figura 10.3.a, está constituido por un OA en configuración no-inversora de ganancia 1+R2/R1 y una red de realimentación RC cuya función de transferencia es:

Donde

Sustituyendo 10.9 en 10.8 y operando se obtiene

La ganancia de lazo (ßA) vale

El criterio de Barkhausen establece las condiciones de oscilación a la frecuencia ƒo:

Para asegurar las condiciones de oscilación es necesario elegir R2/R1 ligeramente superior a 2 para corregir pequeñas variaciones en el circuito. Además, la amplitud de oscilación puede ser determinada y estabilizada utilizando un circuito no-lineal como el que se muestra en la figura 10.3.b. Los diodos D1 y D2 y las resistencias R2 y R3 actúan como limitadores de amplitud de salida.

10.3.2- Oscilador de cambio de fase

El oscilador de cambio de fase, estructura básica se describe en la figura 10.4.a, consiste en un amplificador de ganancia negativa (-K) y una realimentación constituida por una sección RC de tercer orden en escalera. La condición de oscilación exige que la red de realimentación introduzca un desfase de 180° para ser compatible con la ganancia negativa del amplificador que introduce a su vez otro desfase de 180°.

En la figura 10.4.b se indica las ecuaciones de la red de realimentación. Partiendo de estas ecuaciones y tras realizar una serie de operaciones, se puede comprobar que la expresión de la ganancia de lazo es

Las condiciones de oscilación establecen el valor de ƒoy el valor de K dados por:

Ejemplos prácticos de este tipo de osciladores se muestran en las figuras 10.5, 10.6.a y 10.6.b.

En la figura 10.5 el oscilador está basado en un OA cuya ganancia (–Rf / R) se ajusta a través del potenciómetro Rp y tiene un limitador de amplitud en la salida a través de los diodos D1 y . En las figuras 10.6.a y 10.6.b se presentan dos osciladores que utilizan componentes discretos. El primero está basado en un amplificador FET cuya ganancia es

y el segundo está basado en un amplificador BJT cuya hfe y Zi deben verificar las relaciones indicadas en la figura con una frecuencia de oscilación que depende de RC

10.4- Osciladores LC

Un oscilador muy sencillo se puede construir con una etapa amplificadora y una red inductiva-capacitiva (LC) que proporcione un desplazamiento de -180°. La frecuencia de oscilación puede ser fácilmente ajustada, o sintonizada (tuned), sobre un rango de frecuencias que varían desde unos 100kHz hasta cientos de MHz cambiando únicamente el valor de la C o L. Estos osciladores LC sintonizados son usados en gran variedad de aplicaciones incluyendo radiotransmisores, receptores de AM y FM y generadores de onda sinusoidal.

Los osciladores LC más conocidos son: a) oscilador de Colpitts y b) oscilador de Hartley. Su diferencia se encuentra en la red de realimentación: el oscilador de Colpitts utiliza un divisor capacitivo en paralelo con una autoinducción y el oscilador de Hartley utiliza un divisor inductivo en paralelo con una capacidad, es decir, ambos son duales.

En la figura 10. indican tres posibles configuraciones de un oscilador Colpitts basado en transistores FET y BJT, y en un OA aunque no suelen ser utilizado por su limitación en frecuencia; la autoinducción RFC sirve para aislar la línea de alimentación del oscilador, es decir, su valor es suficientemente alto para impedir que la señal sinusoidal se transmita a la alimentación.

Si la frecuencia de oscilación (ƒo) es suficientemente baja para considerar despreciable los efectos capacitivos internos de los transistores y el OA, y si la autoinducción L tiene una resistencia interna despreciable, entonces la frecuencia de oscilación será determinada por la red LC (también conocida en muchos casos con el nombre de circuito tanque o tank porque se comporta como un depósito de energía de almacenamiento). Para el oscilador Colpitts, esta frecuencia es

Esta relación debe ser combinada con la ganancia de l a etapa amplificadora para asegurar las condiciones de oscilación.

De la misma manera, la frecuencia de oscilación de los osciladores Hartley mostrados en la figura 10.8 viene dada por

Nota: L = Inductor (Inductancia), C = Capacitor (capacitancia).

Tut_circuitos_osciladores_RC-OA_puente_wein.asp – Tut_circuitos_osciladores_RC -A_oscilador_cambio_fase.asp – tut_osciladores_LC.asp