Oscilador Fase Desplazada RC

Los osciladores de desplazamiento de fase RC utilizan una red de resistencia-capacitancia (RC) (Figura 1) para proporcionar el desplazamiento 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, se espera que una simple red RC tenga una salida que adelante la entrada en 90o.

Sin embargo, en la realidad, la diferencia de fase será menor que esto, ya que el condensador utilizado en el circuito no puede ser ideal. Matemáticamente, el ángulo de fase de la red RC se expresa como

Donde, XC = 1/(2πfC) es la reactancia del condensador C y R es el resistor. En los osciladores, este tipo de redes de desplazamiento de fase RC, cada una ofreciendo un desplazamiento de fase definido, pueden ser en cascada para satisfacer la condición de desplazamiento de fase impuesta por el Criterio de Barkhausen.

Un ejemplo de esto es el caso en el que un oscilador de desplazamiento de fase RC se forma al encadenar tres redes de desplazamiento de fase RC, cada una ofreciendo un desplazamiento de fase de 60o, 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 dividora 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 decoplaje de CC, 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 180o durante su recorrido desde el terminal de salida hasta la base del transistor. A continuación, esta señal se desplazará nuevamente 180o por el transistor en el circuito debido a que la diferencia de fase entre la entrada y la salida será 180o en el caso de la configuración de emisor común. Esto hace que la diferencia de fase neta sea 360o, satisfaciendo la condición de diferencia de fase.
Otra manera de satisfacer la condición de diferencia de fase es utilizar cuatro redes RC, cada una ofreciendo un desplazamiento de fase de 45o. Por lo tanto, se puede concluir que los osciladores de desplazamiento de fase RC pueden diseñarse de muchas maneras, ya que el número de redes RC en ellos no es 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 desplazamiento de fase RC está dada 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 desplazamiento de fase RC pueden diseñarse utilizando un OpAmp como parte de su sección de amplificador (Figura 3). Sin embargo, el modo de funcionamiento permanece igual, teniendo en cuenta que, aquí, el desplazamiento de fase requerido de 360o se ofrece colectivamente por las redes de desplazamiento de fase RC y el Op-Amp trabajando en configuración invertida.

Además, es importante tener en cuenta que la frecuencia de los osciladores de desplazamiento de fase RC puede variar cambiando las resistencias o los condensadores. Sin embargo, en general, las resistencias se mantienen constantes mientras que los condensadores se ajustan en grupo. Al comparar los osciladores de desplazamiento de fase RC con los osciladores LC, se puede notar que, los primeros usan más componentes de circuito que los últimos. Así, la frecuencia de salida producida por los osciladores RC puede desviarse mucho del valor calculado en comparación con los osciladores LC. No obstante, se utilizan como osciladores locales para receptores sincrónicos, instrumentos musicales y como generadores de baja y/o frecuencia de audio.

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