Oscilador de Deslocamento de Fase RC

Oscilador Fase-Shift RC

Um oscilador fase-shift RC é definido como um circuito eletrônico que utiliza redes de resistores-capacitores (RC) para produzir um sinal de saída oscilante constante.

Os osciladores fase-shift RC utilizam uma rede de resistores-capacitores (RC) (Figura 1) para fornecer o deslocamento de fase necessário pelo sinal de feedback. Eles possuem excelente estabilidade de frequência e podem gerar uma onda senoidal pura para uma ampla gama de cargas.

Idealmente, uma rede RC simples deve ter uma saída que leva a entrada por 90º.

Na prática, a diferença de fase é frequentemente menor do que o ideal devido ao comportamento não ideal do capacitor. O ângulo de fase da rede RC é expresso matematicamente como

Onde, X C = 1/(2πfC) é a reatância do capacitor C e R é o resistor. Em osciladores, esses tipos de redes de fase-shift RC, cada uma oferecendo um deslocamento de fase definido, podem ser encadeadas de modo a satisfazer a condição de deslocamento de fase levada pelo Critério de Barkhausen.

Um exemplo disso é o caso em que o oscilador fase-shift RC é formado por três redes de fase-shift RC em cascata, cada uma oferecendo um deslocamento de fase de 60º, conforme mostrado na Figura 2.

Aqui, o resistor coletor RC limita a corrente do coletor do transistor, os resistores R1 e R (mais próximos ao transistor) formam a rede divisor de tensão, enquanto o resistor emissor RE melhora a estabilidade. Em seguida, os capacitores CE e Co são o capacitor de bypass do emissor e o capacitor de decuplagem DC de saída, respectivamente. Além disso, o circuito também mostra três redes RC empregadas no caminho de feedback.

Esta configuração causa um deslocamento de 180º na forma de onda de saída durante seu percurso do terminal de saída até a base do transistor. Em seguida, este sinal será novamente deslocado em 180º pelo transistor no circuito, devido ao fato de que a diferença de fase entre a entrada e a saída será de 180º no caso de configuração de emissor comum. Isso faz com que a diferença de fase total seja de 360º, satisfazendo a condição de diferença de fase.

Outra maneira de satisfazer a condição de diferença de fase é usar quatro redes RC, cada uma oferecendo um deslocamento de fase de 45º. Portanto, pode-se concluir que os osciladores fase-shift RC podem ser projetados de várias maneiras, pois o número de redes RC neles não é fixo. No entanto, é importante notar que, embora um aumento no número de estágios aumente a estabilidade de frequência do circuito, também afeta adversamente a frequência de saída do oscilador devido ao efeito de carga.

A expressão geral para a frequência de oscilações produzidas por um oscilador fase-shift RC é dada por

Onde, N é o número de estágios RC formados pelos resistores R e os capacitores C.

Além disso, como é o caso para a maioria dos tipos de osciladores, mesmo os osciladores fase-shift RC podem ser projetados usando um OpAmp como parte de sua seção de amplificação (Figura 3). No entanto, o modo de funcionamento permanece o mesmo, sendo importante notar que, aqui, o deslocamento de fase necessário de 360º é oferecido coletivamente pelas redes de fase-shift RC e o Op-Amp operando em configuração invertida.

A frequência dos osciladores fase-shift RC pode ser ajustada alterando os capacitores, geralmente através de gang-tuning, enquanto os resistores geralmente permanecem fixos. Em seguida, comparando os osciladores fase-shift RC com os osciladores LC, pode-se notar que o primeiro usa mais componentes de circuito do que o último.

Assim, a frequência de saída produzida pelos osciladores RC pode se desviar muito do valor calculado em comparação com os osciladores LC. No entanto, eles são usados como osciladores locais para receptores síncronos, instrumentos musicais e como geradores de baixa e/ou frequência de áudio.