Post on 11-Nov-2018
J. Gerald V - 1
EII - Osciladores
Introdução:
• Osciladores são circuitos que geram sinais periódicos (sinusoidais,
quadrados, dente de serra, etc.), actualmente até frequências da
ordem dos GHz.
• Têm aplicações em telecomunicações (portadoras, misturadores,
etc.), video (varrimentos), DSP (relógios) e na electrónica em geral.
• Podem dividir-se em osciladores sinusoidais (lineares) e de relaxação
(não lineares).
2015-2016
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E II - Osciladores
Introdução (cont.)
Osciladores sinusoidais:• Baseados em filtros muito selectivos e amplificadores com
realimentação positiva fraca.
• Pólos sobre o eixo imaginário.
• Regime transitório (amplitude e frequência) quando se muda a frequência.
• Osciladores RC:
- 10 Hz até 1 MHz
- Podem ter distorção relevante, devida à malha não linear de controlo da
amplitude, que gera harmónicas pouco filtradas na malha β (RC).
• Osciladores LC e com cristal:
- 100 kHz a centenas de MHz.
- Factores de qualidade, Q, elevados.
- Faixa de sintonia estreita (no limite só uma frequência de oscilação, para
osciladores com cristal).
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Introdução (cont.)
Osciladores de relaxação:• Baseados em amplificadores com forte realimentação positiva, com dois
estados estáveis (astáveis) e malhas integradoras que definem o tempo
de mudança de estado.
• Apesar de serem não lineares, a forma de onda de saída pode ser
processada por forma a obter-se uma sinusóide aproximada (via
filtragem) ou qualquer outra forma de onda clássica (dente de serra,
triangular, etc.) via integração/diferenciação ou comparação do sinal.
E II - Osciladores
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Critério de Barkhausen
1
o
i
x AK
x A
(T = A = ganho de
retorno)
A
+
-
xi xo
Critério de Barkhausen: Para se obter um oscilador sinusoidal,
1+Ab=0.
| | 1
180º
T
1) A frequência de oscilação w0 tira-se de: arg ( ) 180ºT jw
ou Im ( ) 0T jw
2) A condição de oscilalação tira-se de: 0| ( ) | 1T jw
w0
-180
(o)
w
E II - Osciladores
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Critério de Barkhausen
2
1
1R
kR
Controlo da amplitude das oscilações:Na prática, implementam-se os pólos ligeiramente à direita do eixo imaginário
(|T|>1) e adiciona-se uma malha de controlo da amplitude do sinal de saída.
R2R1
Vo• R1 em série com lâmpada (muito baixa distorção
(≈0,03%) V0↑, lâmpada aquece, R1↑.
• Termistência em paralelo com R2 V0↑,
termistência aquece, R2↓.
R2
R1
Vo
Vx
Vx
• V0↑, Vx ↓, Rcanal ↑, R1total ↑.
E II - Osciladores
Controlo Automático de Ganho (AGC)
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Critério de BarkhausenControlo da amplitude das oscilações (cont.):
4 4
5 5
(1 )D
R RL V V
R R 3 3
2 2
(1 )D
R RL V V
R R
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Oscilador de Quadratura
TIL Q>>
V01=Vbp V02=Vlp
Int Inv Int ñ Inv
C
R
R
R
C
R
R
R
w0=1/RC
2 2 2
1A
s R C
1
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Oscilador de Desvio de Fase
Rf
Rin,amp
3
3 2
2 2 3 3
( )6 5 1
ss
s s sRC R C R C
A = K
A= -1Arg = π
K1/|| para wwpK=29
0
1
6RCw
R’//Rin,amp=R
’
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Oscilador Ponte de Wien
1( )
13
s
CRsCRs
2
1
1R
AR
( )1
3
AA
j CRCR
w
ww
0
3
| | 1 Im 0 1
A
A A
RC
w
Fundamental ≈ sinusóide pretendida
Alternativa
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Comentários
• O oscilador de quadratura fornece duas sinusóides em quadratura, o que é
vantajoso em sistemas de telecomunicação, apresenta pouca distorção mas
requer mais hardware (2 ampops).
• O oscilador de desvio de fase apresenta pouca distorção (filtro de 3ª ordem),
mas sem “buffering” requer um ganho mais elevado.
• O oscilador em ponte de Wien tem boa estabilidade na frequência mas
apresenta um sinal de saída com alguma distorção.
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Outros OsciladoresBaseado na Secção de Sallen & Key Baseado em Filtro BP com GIC
2 2
2
2 2
3 1( )
o
i
kV R C
kVs s
RC R C
1 3 4 5
2
1 4 3 4 3 5 1 3 4 5
1 1 1 1( )
o
i
kV R R C C
kVs s
R C R C R C R R C C
Com R1=R3=R e C4=C5=C
R3vO
R1
C4
C5 R(k-1)R
Q=∞ k=3
w0=1/RC
v1v2
GIC bobine
v1v2
w0=1/RC
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Osciladores LC
• A desfasagem de 180º pode ser realizada mediante uma malha LC.
• Osciladores LC não se usam em baixa frequência devido às dimensões
elevadas requeridas pelas bobines para estas frequências. Além disso,
são mais estáveis a altas frequências.
• Usualmente não usam ampops pois estes têm largura de banda mais
reduzida face a outros amplificadores.
• Osciladores com grande estabilidade podem ser obtidos usando cristais e
ressoadores cerâmicos.
• Aplicações típicas nas áreas de rádio frequência, televisão, rádio e
microprocessadores.
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Osciladores de Colpitts e Hartley
Hartley
0
1 2
1 2
1
C CL
C C
w
( )0
1 2
1
C L Lw
2
1
m
Cg R
C
Frequência de Oscilação
Condição de Oscilação
1
2
m
Lg R
L
Na Frequência de Ressonância
( )Z R jX jX
Total TotalL CX X
1 2
1 2
1 2
\
1
TotalC C CX X X
C C
C Cw
( )1 2
1 2
\
TotalL L LX X X
L Lw
Colpitts
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Condição de Oscilação para Colpitts
circuito equivalente
Cp incluído em C2, rp e Cm
desprezados r0 incluído em R
No nó C:
( )22 1 2
11 0msC V g V sC s LC V
Rp p p
Eliminando Vp (pois é diferente de zero, substituindo s por jw e rearranjando os termos, vem
( )2
321 2 1 2
10m
LCg j C C LC C
R R
ww w
0
1 2
1 2
1
C CL
C C
w
1
2
m
Cg R
C
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Circuito Completo Outros Exemplos
Oscilador de Colpitts (cont.)
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Oscilador a Cristal
São realizados depositando um filme condutor sobre faces opostas de um cristal de quartzo
(efeito piezoeléctrico). E depois encapsulados O símbolo é
Reactância (desprezando r)
Indutiva
Capacitiva
Reactância
Oscilador de Pierce
(inversor CMOS como amplificador)
0
1s
sLCw w
Circuito equivalente
1( )
1
1p
s
z s
sC
sLsC
1s
sLCw
1p
s p
s p
C CL
C C
w
Desprezando r
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Oscilador a Cristal (cont.)
Outros Exemplos
Com InversorDos PIC16CXXX (PIC – Peripheral Interface Controller Microchip
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Osciladores de RelaxaçãoMultivibrador Astável (realizado com um comparador)
2 1
1 2 1 2
I O
R Rv v v
R R R R
1 2( / )TLv L R R
1 2( / )THv L R R 1 2( / )( )TH TLv v R R L L
Inversor
Não Inversor
Não Inversor com Referência
VR
E II - Osciladores
1 1 1
1 2 1 2 1 2
( )TH TL
R R Rv v L L L L
R R R R R R
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Multivibrador Astável (cont.)
( )1
1
ln1
LL
T RC
( )2
1
ln1
LL
T RC
12 ln
1T RC
E II - Osciladores
Se L L
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J. Gerald V - 20
CI 555 - Timer
B
t
R C
C THv V e
Na descarga:
ln 2 0.693
B
t
R CCCTH L B B
VV e T CR CR
( )( ) A B
t
R R C
C CC CC TLv V V V e
Na carga:
( )2( ) ( ) ln 2 0.69 ( )
3A B
t
R R CCCCC CC TL H A B A B
VV V V e T C R R C R R
0.69 ( 2 )L H A BT T T C R R Período:
Duty Cycle:2
H A B
L H A B
T R R
T T R R
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Geração de Onda Triangular e Rectangular
E II - Osciladores
1
TH TLV V L
T CR
1TH TLV V
T CRL
Durante T1 tem-se:
Durante T2 tem-se:
2
TH TLV V L
T CR
2TH TLV V
T CRL
Para ondas simétricas:
L+=-L-
2015-2016
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Geração de Sinusóides por Troços
E II - Osciladores
51 1)
4 5
(o I
Rv V v V
R R
Assumindo os díodos ideais,
para vI>V1 D2 está ON e:
Para v0>V2 D1 está ON e v0=V2
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