Osciladores

5/11/2018 Osciladores - slidepdf.com

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Eletrônica Aplicada asComunicaçõesCap. 2

Prof. Rodrigo Varejão Andreão



Osciladores Lineares• Circuitos que geram ondas senoidais a partir do

fenômeno da ressonância;

• Empregam uma malha de realimentaçãopositiva, usando um circuito amplificador e umamalha seletiva em frequência LC ou RC;

•

Normalmente, a amplitude da onda senoidalgerada é limitada ou determinada usando-se ummecanismo não linear de controle de amplitude;



Princípios Básicos• Estrutura básica de um oscilador senoidal:

• O critério de oscilação (Barkhausen) consiste emfazer a amplitude do ganho de malha serunitário com fase zero na frequência w 0.

malhadeGanhoss As L

ss As As A f

)()()(

)()(1)(



Princípios Básicos• Uma forma alternativa de análise dos circuitos

osciladores é pelo exame dos pólos do circuito;

• Para o circuito produzir e manter as oscilaçõesna frequência w0, os polos do circuito devemser posicionados sobre o eixo imaginário, i.e.,

2

0

2)()(1

)()(1

)(

wsss A

ss A

s As A f



Circuitos Osciladores RC com AO• Ponte de Wien: funcionamento

▫ O circuito RC série corta as frequências baixas;

▫ O circuito RC paralelo corta as frequências altas;

▫ O avanço e atraso de fase se cancelam nafrequência de oscilação;



Circuitos Osciladores RC com AO• Ponte de Wien

Ganho ?




wCRwCR j

R R

jw L

Z Z

Z

R

Rs L

ss As L

s p

p

/ 13

1

)(

1)(

)()()(

1

2

1

2




▫ Para que o ganho de malha tenha fase zero (real) eamplitude unitária, vem

▫ Para que as oscilações tenham início, é necessáriofazer a relação R2/R1 ser ligeiramente superior a

2.

2 /

/ 11

12

0

0

0

R R

CRwCRw

CRw




▫ Porém, deve-se em seguida estabilizar asoscilações pelo uso de uma malha de controlenão linear:

▫ Diodo D1: grampeia

pico negativo;

▫ Diodo D2: grampeia

pico positivo;

▫ R3 =R6 e R4=R5 => saída

Simétrica.




▫ Exercício:

▫ 1) desprezando o circuito limitador, obtenhaos polos de malha fechada;

▫ 2) calcule a frequência de

Oscilação;

▫ 3) Calcule a amplitude da

senóide de saída.



Circuitos Osciladores RC com AO• Por Deslocamento de Fase

▫ Amplificador com ganho negativo (-K) com três

seções de malhas RC;▫ O circuito oscilará na frequência em que o

deslocamento de fase da malha RC for 180°;

▫ Três seções RC é o número mínimo para se

conseguir deslocamento de fase de 180°.




▫ O valor de K deve ser o inverso da amplitude da

função de transferência da malha RC par aque asoscilações sejam mantidas;

▫ Porém, para garantir o início das oscilações, K deve ser ligeiramente superior. Neste caso, um

circuito não linear deve ser usado para controlaras oscilações;




▫ Exercício:

Determine a função de transferência Vo/Vx nocircuito a seguir;

Determine a frequência de oscilação;

Determine o valor mínimo necessário de Rf para

que as oscilações tenham início.



• Por Deslocamento de Fase▫ Exercício:

Circuitos Osciladores RC com AO




▫ Exercício:

unitárioGanho R

R

CRw

wCRwCR j

RRC w

jwVx

jwVo

f

f

12

31

134

)(

)(

0

22



Circuitos Osciladores RC com AO• Discussão

▫ Os circuitos osciladores com AO RC são úteis para

operar na faixa de 10Hz até 100kHz: O limite inferior é dado pelos componentes

passivos;

O limite superior é dado pela resposta em

frequência do AO e suas limitações de slewrate;

▫ Para frequências superiores a essas, emprega-secircuitos com transistores e circuitos LC

sintonizados ou cristais;



Osciladores LC• Utilizam transistores e circuito LC ou cristais

como elemento de realimentação;

• São empregados a faixa de 100kHz até centenasde MHz;

• Possuem fator Q maior que os do tipo RC;

•

A sintonia é limitada a uma pequena faixa defrequência;

• Tipos: oscilador Colpitts, oscilador Hartly,oscilador Clapp e oscilador com cristal;



Osciladores LC• Colpitts x Hartley




A




B




xi

xo



Osciladores LC• Colpitts: Ganho de malha AB

Resistência rπ >>Xc2



Osciladores LC• Colpitts: frequência de

ressonância wo

• O resultado acima está desprezando o efeito de carga das

resistências do circuito;

21

21

0

1

C C

C C L

w

Circuito Tanque



Osciladores LC• Colpitts: limitação de amplitude

A medida que as oscilações aumentam emamplitude, ic aumenta, até o ponto deprovocar uma redução no ganho efetivo dotransistor (efeito não linear).Consequentemente, o ganho efetivo éreduzido até o ponto de equilíbrio (critériode Barkhausen).



Osciladores LC• Clapp: capacitor em série com

o indutor

Semelhante ao Colpitts.O capacitor em série com o indutor deve serpequeno, produzindo uma reatância alta e,consequentemente, maior efeito nafrequência de ressonância.



Osciladores LC• Colpitts: Ganho de malha AB

▫ Exemplo 2.1: (Young)

Montagem do circuito no MultiSim;



Osciladores com Cristal• Um cristal piezoelétrico exibe características

eletromecânicas que são muito estáveis:

▫ Piezoelétrico (pressão/elétrico): a aplicação detensão elétrica em determinados eixos ou planos,denominados cortes, causa uma deformação domaterial do quartzo. Por outro lado, se o cristal é

deformado pela pressão, uma carga elétrica sedesenvolve ao longo de determinados eixos docristal;

▫ A espessura, a rigidez e o tipo de corte

determinam a frequência de oscilação;



Osciladores com Cristal• Um cristal piezoelétrico exibe características

eletromecânicas que são muito estáveis:

▫ As propriedades físicas do quartzo sãoextremamente estáveis com a temperatura;



Osciladores com Cristal• Circuito equivalente:




▫ Como o cristal tem um fator Q muito alto, pode-se

desprezar o efeito de r e expressar a impedânciado cristal como

ps

ps

p

ss

p

s

p

pss p

s

p

s p

C C

C C Lw

LC w

pww

ww

wC j jw Z

C LC C C s

LC s

sC

sC sLsC

s Z

1

1

/ ,1

)(

/

/ 11

/ 1

1

1)(

22

22

2

2




▫ Pelas equações observa-se que a frequência de

ressonância paralelo w p é maior que a frequênciasérie ws, porém muito próximas;

▫ Além disso, observa-se que a reatância do cristal é

indutiva na estreita faixa de frequência entre ws ew p ;

O cristal pode funcionar comoo indutor do oscilador Colpitts



Osciladores com Cristal• Oscilador Colpitts:

▫ O circuito oscilará na

frequência de ressonância daindutância L com acapacitância equivalente;

▫ Como Cs é a menor das

capacitâncias, ela serádominante . A frequência deressonância seráaproximadamente

ss w LC w / 10



Osciladores com Cristal• Exercício Sedra: 13.10



Circuitos Multivibradores ouGeradores de Forma de Onda

• Biestável (baseado em um AO comparador)



Circuitos Multivibradores ouGeradores de Forma de Onda• Astável (baseado no biestável com um

circuito RC na malha de realimentação

negativa)

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