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Circuito del oscilador RC - El tutorial del oscilador RC

Oscilador

En los tutoriales de amplificadores vimos que un amplificador de transistor de una sola etapa puede producir 180o del cambio de fase entre sus señales de salida y de entrada cuando está conectado en una configuración de tipo clase A.

Para que un oscilador sostenga oscilaciones.indefinidamente, se debe proporcionar una retroalimentación suficiente de la fase correcta, es decir, “Retroalimentación positiva”, junto con el amplificador de transistor que se utiliza como etapa inversora para lograr esto.

En una Oscilador rc circuito de la entrada se desplaza 180o A través de la etapa del amplificador y 180o de nuevo a través de una segunda etapa de inversión que nos da "180o + 180o = 360o”De cambio de fase que es efectivamente igual a 0o por lo tanto nos da la retroalimentación positiva requerida. En otras palabras, el cambio de fase del bucle de retroalimentación debe ser "0".

en un Resistencia-capacitancia oscilador o simplemente un Oscilador rc, utilizamos el hecho de que se produce un cambio de fase entre la entrada a una red RC y la salida de la misma red mediante el uso de elementos RC en la rama de realimentación, por ejemplo.

Red de cambio de fase RC

red de cambio de fase rc

El circuito de la izquierda muestra una única red de resistencia-condensador cuya tensión de salida "conduce" la tensión de entrada en un ángulo inferior a 90o. Un circuito RC monopolar ideal produciría un cambio de fase de exactamente 90o, y porque 180o Para la oscilación se requiere un cambio de fase, al menos dos polos simples deben usarse en una Oscilador rc diseño.

Sin embargo, en realidad es difícil obtener exactamente 90o de cambio de fase por lo que se utilizan más etapas. La cantidad de desplazamiento de fase real en el circuito depende de los valores de la resistencia y el condensador, y la frecuencia elegida de oscilaciones con el ángulo de fase (Φ) se da como:

Ángulo de fase RC

ecuación de cambio de fase rc

Donde: xdo es la reactividad capacitiva del capacitor, R es la resistencia de la resistencia y ƒ es la frecuencia.

En nuestro sencillo ejemplo anterior, los valores de R y C se han elegido de modo que a la frecuencia requerida la tensión de salida dirija la tensión de entrada en un ángulo de aproximadamente 60o. Entonces el ángulo de fase entre cada sección RC sucesiva aumenta en otros 60o dando una diferencia de fase entre la entrada y la salida de 180o (3 x 60o) como se muestra en el siguiente diagrama vectorial.

Diagrama de vectores

diagrama vectorial de oscilador rc

Luego, conectando tres de estas redes RC en serie, podemos producir un cambio de fase total en el circuito de 180o a la frecuencia elegida y esto forma las bases de un "oscilador de cambio de fase", también conocido como Oscilador rc circuito.

Sabemos que en un circuito amplificador que use un transistor bipolar o un amplificador operacional, producirá un cambio de fase de 180o entre su entrada y salida. Si se conecta una red de cambio de fase RC de tres etapas entre esta entrada y la salida del amplificador, el cambio de fase total necesario para la retroalimentación regenerativa será 3 x 60o + 180o = 360o como se muestra.

circuito de retroalimentación rc básico

Las tres etapas RC se conectan en cascada para obtener la pendiente requerida para una frecuencia de oscilación estable. El cambio de fase del bucle de retroalimentación es -180o cuando el cambio de fase de cada etapa es -60o. Esto ocurre cuando ω = 2πƒ = 1.732 / RC como (tan 60o = 1.732). Luego, para lograr el cambio de fase requerido en un circuito oscilador RC, se deben usar múltiples redes de desplazamiento de fase RC, como el circuito que se muestra a continuación.

Circuito básico del oscilador RC

diseño del circuito oscilador rc

Lo básico Oscilador rc que también se conoce como Oscilador de cambio de fase, produce una señal de salida de onda sinusoidal usandoRetroalimentación regenerativa obtenida de la combinación resistencia-condensador. Esta retroalimentación regenerativa de la red RC se debe a la capacidad del capacitor para almacenar una carga eléctrica, (similar al circuito del tanque LC).

Esta red de retroalimentación resistencia-condensador puede serconectado como se muestra arriba para producir un cambio de fase principal (red de avance de fase) o intercambiado para producir un cambio de fase retrasado (red de retardo de fase) el resultado sigue siendo el mismo que las oscilaciones de onda sinusoidal solo se producen a la frecuencia en la que la fase general el turno es 360o.

Al variar uno o más de los resistores oCondensadores en la red de cambio de fase, la frecuencia se puede variar y generalmente esto se hace manteniendo las resistencias iguales y usando un condensador variable de 3 conexiones.

Si todas las resistencias, R y los capacitores, C en la red de desplazamiento de fase tienen el mismo valor, entonces la frecuencia de las oscilaciones producidas por el oscilador RC se da como:

frecuencia del oscilador rc
  • Dónde:
  • ƒr es la frecuencia de salida en hercios
  • R es la resistencia en ohmios
  • C es la capacitancia en Farads
  • N es el número de etapas RC. (N = 3)

Dado que la combinación resistencia-condensador en el Oscilador rc El circuito también actúa como un atenuador que produce unala atenuación total de -1 / 29 (Vo / Vi = β) en las tres etapas, la ganancia de voltaje del amplificador debe ser lo suficientemente alta como para superar estas pérdidas RC. Por lo tanto, en nuestra red RC de tres etapas anterior, la ganancia del amplificador también debe ser igual o mayor que 29.

El efecto de carga del amplificador en elLa red de retroalimentación tiene un efecto en la frecuencia de las oscilaciones y puede hacer que la frecuencia del oscilador sea hasta un 25% más alta que la calculada. Luego, la red de retroalimentación debe ser activada desde una fuente de salida de alta impedancia y alimentada a una carga de baja impedancia, como un amplificador de transistor de emisor común, pero es mejor utilizar un amplificador operacional ya que satisface estas condiciones perfectamente.

El Op-amp RC Oscillator

Cuando se utiliza como osciladores RC, Amplificador Operacional RC Osciladores Son más comunes que sus homólogos de transistores bipolares. El circuito del oscilador consta de un amplificador operacional de ganancia negativa y una red RC de tres secciones que produce el 180o cambio de fase. La red de cambio de fase se conecta desde la salida de los amplificadores operacionales a su entrada de "inversión" como se muestra a continuación.

Circuito oscilador de op-amp RC

circuito oscilador de op-amp rc

Como la retroalimentación se conecta a la entrada inversora, el amplificador operacional se conecta en su configuración de "amplificador inversor" que produce los 180 requeridos.o cambio de fase, mientras que la red RC produce los otros 180o desplazamiento de fase a la frecuencia requerida (180o + 180o).

Aunque es posible conectar en cascada solo dos etapas RC monopolar para proporcionar las 180 etapas requeridaso del cambio de fase (90o + 90o), la estabilidad del oscilador a bajas frecuencias es generalmente pobre.

Una de las características más importantes de un Oscilador rc Su estabilidad de frecuencia es su capacidad para proporcionar una salida de onda sinusoidal de frecuencia constante en condiciones de carga variables. Al conectar en cascada tres o incluso cuatro etapas RC juntas (4 x 45o), la estabilidad del oscilador se puede mejorar enormemente.

Osciladores RC generalmente se usan cuatro etapas porque los amplificadores operacionales comúnmente disponibles vienen en paquetes de cuatro CI, por lo que se diseña un oscilador de 4 etapas con 45o de cambio de fase en relación entre sí es relativamente fácil.

Osciladores RC Son estables y proporcionan una onda sinusoidal bien formada.La salida es proporcional a 1 / RC y, por lo tanto, es posible un rango de frecuencia más amplio cuando se utiliza un condensador variable. Sin embargo, los osciladores RC están restringidos a aplicaciones de frecuencia debido a sus limitaciones de ancho de banda para producir el desplazamiento de fase deseado a altas frecuencias.

Oscilador RC Ejemplo No1

UNA Oscilador de cambio de fase RC de 3 etapas Se requiere para producir una frecuencia de oscilación.de 6,5 kHz. Si se utilizan condensadores de 1nF en el circuito de realimentación, calcule el valor de las resistencias determinantes de la frecuencia y el valor de la resistencia de realimentación requerida para sostener las oscilaciones. Dibuja también el circuito.

La ecuación estándar dada para el oscilador RC de cambio de fase es:

frecuencia resonante del oscilador rc

El circuito será un oscilador RC de 3 etapas.que por lo tanto constará de tres resistencias y tres condensadores 1nF. Como la frecuencia de oscilación se da como 6.5 kHz, el valor de las resistencias se calcula como:

frecuencia de oscilación rc

La ganancia de los amplificadores operacionales debe ser igual a29 para sostener oscilaciones. El valor resistivo de las tres resistencias de oscilación es 10kΩ, por lo tanto, el valor de la resistencia de realimentación de amplificadores operacionales RF se calcula como:

resistencia de realimentación

Circuito oscilante RC Oscillator

rc oscilador op amp circuit

En el siguiente tutorial sobre Osciladores, veremos otro tipo de Oscilador rc se llama oscilos de puente de Wien, que utiliza resistencias y condensadores como circuito del tanque para producir una forma de onda sinusoidal de baja frecuencia.

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