Osciladores: Qué son? (Definición Tipos e Aplicacións)
Que é un oscilador?
Un oscilador é un circuito que xera unha onda alternativa continua e repetitiva sen ningúnha entrada. Os osciladores converten esencialmente o fluxo de corrente unidireccional dunha fonte DC nunha onda alternativa da frecuencia deseada, como decide as súas compoñentes do circuito.
O principio básico detrás do funcionamento dos osciladores pode entenderse analizando o comportamento dun circuito LC tanque mostrado na figura 1 a continuación, que emprega un inductor L e un condensador C totalmente precargado como compoñentes. Aquí, inicialmente, o condensador comeza a descarregar a través do inductor, o que resulta na conversión da súa enerxía eléctrica no campo electromagnético, que pode almacenarse no inductor. Unha vez que o condensador descarga completamente, non haxa flujo de corrente no circuito.
No entanto, para ese momento, o campo electromagnético almacenado xerará unha contrafem que resultará no flujo de corrente a través do circuito na mesma dirección que antes. Este flujo de corrente a través do circuito continúa ata que o campo electromagnético se desmorone, o que resulta na conversión inversa da enerxía electromagnética en forma eléctrica, provocando que o ciclo se repita. No entanto, agora o condensador estará cargado con polaridade oposta, debido ao cal obtense unha onda oscilante como saída.
No obstante, as oscilacións que resultan da interconversión entre as dúas formas de enerxía non poden continuar eternamente xa que estarán suxeitas ao efecto da perda de enerxía debido á resistencia do circuito. Como resultado, a amplitud destas oscilacións diminúe de xeito constante ata convertirse en cero, o que as fai amortiguadas por natureza.
Isto indica que para obter oscilacións continuas e de amplitud constante, é necesario compensar a perda de enerxía. Non obstante, debe notarse que a enerxía suministrada debe ser controlada precisamente e debe ser igual á enerxía perdida para obter oscilacións de amplitud constante.
Isto é porque, se a enerxía suministrada é maior que a enerxía perdida, a amplitud das oscilacións aumentará (Figura 2a), levando a unha saída distorsionada; mentres que se a enerxía suministrada é menor que a enerxía perdida, a amplitud das oscilacións diminuirá (Figura 2b), levando a oscilacións insustentables.
Practicamente, os osciladores son nada máis que circuitos amplificadores que reciben unha realimentación positiva ou regenerativa, onde unha parte da señal de saída se retroalimenta á entrada (Figura 3). Aquí o amplificador consiste nun elemento activo amplificador que pode ser un transistor ou un Op-Amp e a señal retroalimentada en fase é responsable de manter (sostener) as oscilacións compensando as perdas no circuito.
Unha vez que se conecta a alimentación, as oscilacións iniciarán no sistema debido ó ruido electrónico presente neles. Esta señal de ruido viaxa polo bucle, amplifícase e converte rapidamente nunha onda senoidal de única frecuencia. A expresión para a ganancia en bucle pechado do oscilador mostrado na Figura 3 é dada como:
Onde A é a ganancia de voltaxe do amplificador e β é a ganancia da rede de realimentación. Aquí, se Aβ > 1, as oscilacións aumentarán en amplitud (Figura 2a); mentres que se Aβ < 1, as oscilacións serán amortiguadas (Figura 2b). Por outro lado, Aβ = 1 leva a oscilacións de amplitud constante (Figura 2c). En outras palabras, isto indica que se a ganancia do bucle de realimentación é pequena, as oscilacións morren; mentres que se a ganancia do bucle de realimentación é grande, a saída será distorsionada; e só se a ganancia da realimentación é unidade, as oscilacións terán amplitud constante, levando a un circuito oscilatorio autossustentado.
Tipo de oscilador
Existen moitos tipos de osciladores, pero poden clasificarse en dúas categorías principais - Osciladores harmónicos (tamén coñecidos como osciladores lineais) e Osciladores de relaxación.
Nun oscilador harmónico, o fluxo de enerxía é sempre dende os compoñentes activos aos pasivos e a frecuencia das oscilacións está decidida pola ruta de realimentación.
Mentres que nun oscilador de relaxación, a enerxía intercambia entre os compoñentes activos e pasivos e a frecuencia das oscilacións determinase polos tempos de carga e descarga envolvidos no proceso. Ademais, os osciladores harmónicos producen saídas de onda senoidal de baixa distorsión, mentres que os osciladores de relaxación xeran formas de onda non sinusoidales (dente de serra, triangular ou cadrada).
Os principais tipos de osciladores inclúen:
Oscilador de ponte Wien
Oscilador de desprazamento de fase RC
Oscilador Hartley
Oscilador controlado por voltaxe
Oscilador Colpitts
Osciladores Clapp
Osciladores de cristal
Oscilador Armstrong
Oscilador de colector sintonizado
Oscilador Gunn
Osciladores acoplados cruzados
Osciladores de anel
Osciladores Dynatron
Osciladores Meissner
Osciladores optoelectrónicos
Osciladores Pierce
Osciladores Robinson
Osciladores Tri-tet
Osciladores Pearson-Anson
Osciladores de liña de retardo
Osciladores Royer
Osciladores acoplados electrónicamente
Osciladores multi-onda
Os osciladores tamén poden clasificarse en varios tipos dependendo do parámetro considerado, é dicir, baseado no mecanismo de realimentación, a forma da onda de saída, etc. Estes tipos de clasificación déronse a continuación:
Clasificación baseada no mecanismo de realimentación: Osciladores de realimentación positiva e osciladores de realimentación negativa.
Clasificación baseada na forma da onda de saída: Osciladores de onda senoidal, osciladores de onda cadrada ou rectangular, osciladores de barrido (que xeran unha onda de saída dente de serra), etc.
Clasificación baseada na frecuencia da sinal de saída: Osciladores de baixa frecuencia, osciladores de audio (cuxa frecuencia de saída está no rango de audio), osciladores de frecuencia de radio, osciladores de alta frecuencia, osciladores de moita alta frecuencia, osciladores de ultra alta frecuencia, etc.
Clasificación baseada no tipo de control de frecuencia utilizado: Osciladores RC, osciladores LC, osciladores de cristal (que usan un cristal de cuarzo para obter unha onda de saída estabilizada en frecuencia), etc.
Clasificación baseada na natureza da frecuencia da onda de saída: Osciladores de frecuencia fixa e osciladores de frecuencia variable ou sintonizábel.
Aplicacións de osciladores
Os osciladores son unha forma barata e sinxela de xerar unha frecuencia específica dunha sinal. Por exemplo, un oscilador RC úsase para xerar unha sinal de baixa frecuencia, un oscilador LC úsase para xerar unha sinal de alta frecuencia, e un oscilador baseado en Op-Amp úsase para xerar unha frecuencia estable.
A frecuencia de oscilación pode variar cambiando o valor do compoñente con disposicións de potenciometro.
Algúns exemplos comúns de aplicacións de osciladores inclúen:
Reloxos de cuarzo (que usan un oscilador de cristal)
Usados en diversos sistemas de audio e vídeo
Usados en diversos dispositivos de comunicación como radio, TV e outros
Usados en ordenadores, detectores de metais, pistolas paralisantes, inversores, aplicaciones ultrasonicas e de radiofrecuencia.
Usados para xerar pulsos de reloxo para microprocesadores e microcontroladores
