Oscilador de Deslocamento de Fase RC

Osciladores de deslocamento de fase RC utilizam uma rede de resistor-capacitor (RC) (Figura 1) para fornecer o deslocamento de fase necessário para o sinal de feedback. Eles possuem excelente estabilidade de frequência e podem produzir uma onda senoidal pura para uma ampla gama de cargas.

Idealmente, espera-se que uma rede RC simples tenha uma saída que antecipa a entrada em 90o.

No entanto, na realidade, a diferença de fase será menor do que isso, pois o capacitor usado no circuito não pode ser ideal. Matematicamente, o ângulo de fase da rede RC é expresso como

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

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

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

Esta configuração faz com que a forma de onda de saída se desloque em 180o 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 líquida seja de 360o, atendendo à condição de diferença de fase.
Outra maneira de atender à 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 de deslocamento de fase RC podem ser projetados de várias maneiras, pois o número de redes RC neles não é fixo. No entanto, deve-se 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 das oscilações produzidas por um oscilador de deslocamento de fase 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 de deslocamento de fase RC podem ser projetados usando um Amplificador Operacional (OpAmp) como parte de sua seção de amplificação (Figura 3). No entanto, o modo de funcionamento permanece o mesmo, devendo-se notar que, aqui, o deslocamento de fase necessário de 360o é oferecido coletivamente pelas redes de deslocamento de fase RC e o Op-Amp funcionando em configuração invertida.

Além disso, deve-se notar que a frequência dos osciladores de deslocamento de fase RC pode ser variada alterando-se os resistores ou os capacitores. No entanto, em geral, os resistores são mantidos constantes, enquanto os capacitores são sintonizados em conjunto. Ao comparar os osciladores de deslocamento de fase 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 divergir 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.

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