Oscilador de desplazamiento de fase RC

Oscilador de Fase con RC

Un oscilador de fase con RC se define como un circuito electrónico que utiliza redes de resistencia-capacitancia (RC) para producir una señal de salida oscilante constante.

Los osciladores de fase con RC utilizan redes de resistencia-capacitancia (RC) (Figura 1) para proporcionar el desfase de fase requerido por la señal de retroalimentación. Tienen una excelente estabilidad de frecuencia y pueden generar una onda sinusoidal pura para una amplia gama de cargas.

Idealmente, una red simple de RC se espera que tenga una salida que adelanta a la entrada en 90°.

En la práctica, la diferencia de fase es a menudo menor que la ideal debido al comportamiento no ideal del condensador. El ángulo de fase de la red RC se expresa matemáticamente como

Donde, X C = 1/(2πfC) es la reactancia del condensador C y R es la resistencia. En los osciladores, estas redes de desfase de fase con RC, cada una ofreciendo un desfase de fase definido, pueden ser encadenadas para satisfacer la condición de desfase establecida por el Criterio de Barkhausen.

Un ejemplo de esto es el caso en el que un oscilador de fase con RC se forma encadenando tres redes de desfase de fase con RC, cada una ofreciendo un desfase de 60°, como se muestra en la Figura 2.

Aquí, la resistencia colector RC limita la corriente del colector del transistor, las resistencias R1 y R (más cercanas al transistor) forman la red divisor de tensión, mientras que la resistencia emisor RE mejora la estabilidad. A continuación, los condensadores CE y Co son el condensador de derivación del emisor y el condensador de acoplamiento DC de salida, respectivamente. Además, el circuito también muestra tres redes RC empleadas en la ruta de retroalimentación.

Esta disposición hace que la forma de onda de salida se desplace 180° durante su trayecto desde el terminal de salida hasta la base del transistor. A continuación, esta señal se desplazará nuevamente 180° por el transistor en el circuito debido a que la diferencia de fase entre la entrada y la salida será de 180° en el caso de la configuración de emisor común. Esto hace que la diferencia de fase neta sea de 360°, satisfaciendo la condición de diferencia de fase.

Otra manera de satisfacer la condición de diferencia de fase es usar cuatro redes RC, cada una ofreciendo un desfase de 45°. Por lo tanto, se puede concluir que los osciladores de fase con RC pueden diseñarse de muchas maneras, ya que el número de redes RC en ellos no está fijo. Sin embargo, es importante tener en cuenta que, aunque un aumento en el número de etapas aumenta la estabilidad de frecuencia del circuito, también afecta adversamente la frecuencia de salida del oscilador debido al efecto de carga.

La expresión generalizada para la frecuencia de las oscilaciones producidas por un oscilador de fase con RC se da por

Donde, N es el número de etapas RC formadas por las resistencias R y los condensadores C.

Además, como es el caso para la mayoría de los tipos de osciladores, incluso los osciladores de fase con RC pueden diseñarse utilizando un amplificador operacional (OpAmp) como parte de la sección de amplificación (Figura 3). Sin embargo, el modo de funcionamiento permanece igual, teniendo en cuenta que aquí, el desfase de fase necesario de 360° se ofrece colectivamente por las redes de desfase de fase con RC y el Op-Amp trabajando en configuración invertida.

La frecuencia de los osciladores de fase con RC puede ajustarse alterando los condensadores, típicamente mediante sintonización en grupo, mientras que las resistencias generalmente permanecen fijas. A continuación, al comparar los osciladores de fase con RC con los osciladores LC, uno puede notar que, el primero utiliza más componentes de circuito que el último.

Así, la frecuencia de salida producida por los osciladores RC puede desviarse mucho del valor calculado en comparación con los osciladores LC. Sin embargo, se utilizan como osciladores locales para receptores síncronos, instrumentos musicales y como generadores de baja y/o frecuencia de audio.