Osciladores senoidales

Los generadores vistos con anterioridad basan su funcionamiento en la cargª ydescarga de un condensador. Las señales que proporcionan tienen una evolu-ción no continua, es decir, que a lo largo de un ciclo se produce algún cambiobrusco en su amplitud.

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La señal senoidal se caracteriza por tener una evolución continua, sinmodificaciones bruscas, y por no contener armónicos (fig. 25).

Los armónicos son señales de menor amplitud que la fundamental yfrecuencia múltiplo de ésta que, al aparecer junto a el/a, le hacen adop-tar formas muy distintas.

Fig. 25. Señal senoidal pura.

Así, una señal cuadrada es la combinación de una senoidal de una determinadafrecuencia y la suma de todos sus armónicos de orden impar (fig. 26).

Fig. 26. La suma de los armóni-cos impares con la fundamentalda lugar a la señal cuadrada.

Debido a su pureza, la señal senoidal es, en principio, la única capaz de pasar porbobinas y condensadores sin sufrir deformaciones. Un generador de señal senoi-dal con amplificadores operacionales está constituido por un amplificador conrealimentación positiva a través de resistencias y condensadores en distintasconfiguraciones. Las configuraciones con inductancias se usan para osciladores

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de muy alta frecuencia, por lo que no las estudiaremos aquí. La estructura de unoscilador senoidal es la que muestra la figura 27.

Fig. 27. Bloques constitutivos de un oscilador senoidal.

En la estructura del oscilador observamos un iniciador de oscilaciones, Que seencarga, en el momento del arranque, de proporcionar una señal al amplificadorque vuelve a recibir a través de la red de realimentación positiva. En la práctica, elinicio de la oscilación se debe al ruido propio de los componentes.

la ganancia del-amplificador se encarga de contrarrestar las pérdidas ocasiona-das en la red de realimentación. De esta forma, queda garantizado que la ganan-cia total del circuito es 1 a la frecuencia de oscilación de éste.

Ganancia - atenuación = 1

Sí la ganancia total es superior a 1, cada ciclo aumenta su amplitud respecto al quele precede y aparece la señal recortada a la salida. Por el contrario, si la gananciaes menor, la señal sufre una atenuación crónica y termina por desaparecer.

Oscilador por desplazamiento de fase

En la figura 28 tenemos las dos disposiciones que puede adoptar un oscilador deeste tipo.

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Fig. 28. Osciladores senoidales por desplazamiento de fase.

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Como puede verse, un oscilador por desplazamiento de fase tiene su fundamen-to en las redes RC. Según lo expuesto, la señal de salida Vs debé sufrir un despla-zamiento de fase de 1800 que se aplica a la entrada inversora del operacional. Altratarse de un amplificador inversor, se produce otro desfase de 1800 y se consi-gue así un total de 360°, que origina la realimentación positiva.

El desfase de 1800 es la suma de los desfases parciales que originan cada una delas redes RC. Teóricamente, cada célula podría producir un desfase de 90° aun-que en la práctica el desfase que se consigue es inferior. Esto implica que el nú-mero mínimo de redes es de tres, con un desfase en cada una de 60°. El númerode redes puede ser mayor, siempre que se mantengan los 180° en total.

El valor de las resistencias y de los condensadores de las redes determina la fre-cuencia de salida del oscilador. Para simplificar los cálculos, las resistencias soniguales entre sí, y lo mismo ocurre con los condensadores.

La siguiente expresión determina el valor de la frecuencia. No vamos a demos-trarla, debido a que su cálculo resulta complicado.

f = 12 . 1t . R . C . ~(2· N)

N es el número de redes Re utilizadas para producir el desfase de 180°. En nues-tro caso, con N = 3:

f = 12·1t·R·C·¡!6

La atenuación total que se produce entre todas las redes de realimentación escomo mínimo de 29. Por lo tanto, la ganancia de la etapa amplificadora deberáser mayor o igual que 29. Es decir:

Oscilador en puente de Wien

P.a,raobt~~er una se~al se~oidal, se puede utilizar otro tipo de red de realimenta- .cion positiva con resistencias y condensadores. Es la disposición denominada enpuente de Wien. Este tipo de montaje consiste en la aplicación a cada una de lasentr.adas del operacional de la tensión existente en el centro de sendas ramas derealfmentación, una positiva y otra negativa (fig. 29).

~~----------~

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Fig. 29. Oscilador senoidal en puente de Wien.

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c.3 realimentación positiva se consigue por medio de dos redes, una de adelantof otra de atraso de fase constituidas por un circuito serie resistencia-condensa--::~ry otro en paralelo con idénticos componentes. De la unión de los dos circui--:=s se toma la parte de salida que se realimenta positivamente a la entrada (+) del~,-:¡plificador.

=~máximo valor de tensión en esta entrada se da cuando el circuito funciona a- aa determinada frecuencia. Para frecuencias inferiores a ésta, el condensador~.°.iese encuentra en serie ofrece una alta reactancia capacitiva, con lo que la por-:!6n de la salida que se realimenta positivamente es menor. Por otra parte, si la

frecuencia es superior a la determinada, el condensador en paralelo disminuyesu reactancia y disminuye así la tensión que se le aplica al operacional.

Frecuencia de resonancia es aquélla a la cual se produce la máxima rea-timentecián positiva en el circuito.

Es precisamente a este valor de frecuencia al cual oscila el dispositivo. El inicio delas oscilaciones se produce a consecuencia de los ruidos que aparecen en la sali-da del amplificador en el momento de alimentarlo. De entre todos los producidoshay algunos de la misma frecuencia a la que tiene que oscilar el circuito, y sonprecisamente éstos los que llegan a la entrada (+) con mayor amplitud e inicianel proceso de oscilación. '

El valor de la frecuencia de resonancia se obtiene mediante la fórmula siguiente:

t, = 12·1t·R·C

Donde R determina el valor de cada una de las dos resistencias de la red y e el delos dos condensadores.

La parte de señal realimentada positivamente se ve reducida. a 1/3 respecto a laamplitud existente en la salida por efecto del divisor de tensión que constituyenlas redes de adelanto-atraso. La ganancia producida por la red de realimentaciónnegativa debe ser capaz de contrarrestar la atenuación originada y, por tanto, suvalor será 3. Es decir:

R1 + R2 = 3R,Si la ganancia es inferior a este valor, el circuito no oscilará, ya que la gananciano logrará compensar la atenuación. Si la ganancia es superior, la salida pasarárápidamente a saturación y el circuito tampoco oscilará.

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