Florianópolis, maio de 2012.

Prof. Clóvis Antônio Petry.

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica

Osciladores e Multivibradores

Oscilador com Controle Automático de Ganho

Bibliografia para esta aula

www.florianopolis.ifsc.edu.br/petry

Oscilador com controle automático de ganho: 1.  Considerações iniciais; 2.  Oscilador com Ponte de Wien; 3.  Controle automático de ganho:

•  Com resistências não-lineares; •  Com transistor de efeito de campo; •  Com diodos semicondutores:

•  Com diodos zener; •  Com diodos e resistores; •  Exemplo de projeto e simulação.

Nesta aula

Estrutura básica de osciladores

B03.01 1

OSCILADORES SENOIDALES

1. IntroducciónUn oscilador es un circuito que produce una oscilación propia de frecuencia, for-

ma de onda y amplitud determinadas. Aquí se estudiarán los osciladores senoidales.Según habíamos visto, un sistema realimentado puede ser oscilante a causa de una

inestabilidad. Aprovecharemos esta particularidad, que en otro contexto se considerabadesventajosa, y consideraremos primeramente una estructura como la de la figura si-guiente.

Figura 1. Estructura básica de realimentación para lograr un oscilador

1.1. Enfoque intuitivo

Supongamos que hemos encontrado una frecuencia para la cual, al abrir el lazo einyectar a la entrada una señal xi de dicha frecuencia, resulta que a su salida obtendre-mos xr = !xi (figura 2a). Entonces puede reemplazarse xr por –xi sin que modifique elfuncionamiento (figura 2b). Por lo tanto el circuito sigue oscilando sin entrada.

Figura 2. (a) El sistema realimentado con entrada no nula y el lazoabierto. (b) Se elimina la entrada y al mismo tiempo se cierra el lazo

La condición anterior se da si

xi " a"# = !xi,

es decir, sia"# = !1. (1)

xi +

!a

#

xo

xoxi +

!a

#

xo

xr

xi = 0 +

!a

#

(a) (b)

Blocos do oscilador: •  Amplificador – α – circuito de amplificação de

sinais, ativo, formado por transistores e/ou amplificadores operacionais.

•  Rede de realimentação – β – circuito de

realimentação, normalmente com elementos passivos (resistores, capacitores e indutores).

Considerações iniciais

Exemplo de amplificador com controle automático de ganho:

Considerações iniciais

Controle automático de ganho:

B03.01 1

OSCILADORES SENOIDALES

1. IntroducciónUn oscilador es un circuito que produce una oscilación propia de frecuencia, for-

ma de onda y amplitud determinadas. Aquí se estudiarán los osciladores senoidales.Según habíamos visto, un sistema realimentado puede ser oscilante a causa de una

inestabilidad. Aprovecharemos esta particularidad, que en otro contexto se considerabadesventajosa, y consideraremos primeramente una estructura como la de la figura si-guiente.

Figura 1. Estructura básica de realimentación para lograr un oscilador

1.1. Enfoque intuitivo

Supongamos que hemos encontrado una frecuencia para la cual, al abrir el lazo einyectar a la entrada una señal xi de dicha frecuencia, resulta que a su salida obtendre-mos xr = !xi (figura 2a). Entonces puede reemplazarse xr por –xi sin que modifique elfuncionamiento (figura 2b). Por lo tanto el circuito sigue oscilando sin entrada.

Figura 2. (a) El sistema realimentado con entrada no nula y el lazoabierto. (b) Se elimina la entrada y al mismo tiempo se cierra el lazo

La condición anterior se da si

xi " a"# = !xi,

es decir, sia"# = !1. (1)

xi +

!a

#

xo

xoxi +

!a

#

xo

xr

xi = 0 +

!a

#

(a) (b)

!

Controle(de(ganho(

Sem CAG

Com CAG

Oscilador com Ponte de Wien

Principais características:

!

ω = 1R1 ⋅R2 ⋅C1 ⋅C2

ω o =1

R ⋅C

Fo =1

2 ⋅π ⋅R ⋅C

v+vo

= 13

β = 3

Rf

Rg= 2 α = 2

Controle automático de ganho

Com resistências não-lineares:

! !Com lâmpada incandescente Com termistores

Com transistor de efeito de campo (FET):

Controle automático de ganho

!

!

vo_max ≅ 1+ R6R5

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟⋅ Vp

α = R1Rin

Rin = R2 / /rDS

Controle automático de ganho

Com diodos semicondutores (Diodo zener):

!

−VZ 2 − 0,7 < vo <VZ1 + 0,7

Controle automático de ganho

Com diodos semicondutores (Diodo zener e resistor):

!

α = vovin

= − R2 / /RA

R1= −

R2 ⋅RA

R2 + RA

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

R1= − R2 ⋅RA

R1 ⋅ R2 + RA( )

−VZ 2 − 0,7 < vo <VZ1 + 0,7

α = vovin

= − R2R1

vo >VZ1 + 0,7 ou vo < −VZ 2 − 0,7

Controle automático de ganho

Com diodos semicondutores (Diodo e resistor):

vo =3⋅VD

2 ⋅ 1+ R3R2

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟− R3R1

!

Controle automático de ganho

Com diodos semicondutores (Diodo zener e resistor):

! !vo =

3⋅ VZ +VD( )2 ⋅ 1+ R3

R2

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟− R3R1

vo =3⋅VD

2 − Rx

R1

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟⋅ 1+ R3

R2

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟− R3R1

Controle automático de ganho

Exemplo de projeto de CAG com diodos semicondutores:

!

ω o = 10 krad / s Fo =ω o

2 ⋅π=

= 1.591,55Hzvo = 2V

Especificações:

Critério de Barkhousen: α = R2

R1→ 2,2α = 2

Determinando os elementos:

R2 = 11kΩ

R1 =R2α

= 11k2,2

= 5 kΩ

vo =3⋅VD

2 ⋅ 1+ R3R2

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟− R3R1

R3 =R1 ⋅R2 ⋅ 3⋅VD − 2 ⋅vo( )

2 ⋅R1 − R2( ) ⋅vo=

=5k ⋅11k ⋅ 3⋅0,72 − 2 ⋅2( )

2 ⋅5k −11k( ) ⋅2 =

= 50,6 kΩ

Controle automático de ganho

!

Exemplo de projeto de CAG com diodos semicondutores:

R3 = 50 kΩ@VD = 0,72 R3 = 73kΩ@VD = 0,45ou

Controle automático de ganho

Exemplo de projeto de CAG com diodos semicondutores:

!Com R3 = 50 kΩ amplitude não está ok!

✗

Controle automático de ganho

Exemplo de projeto de CAG com diodos semicondutores:

Ajustando R3 = 73 kΩ amplitude está ok!

!

✓

Controle automático de ganho

Exemplo de projeto de CAG com diodos semicondutores:

!

R3 =R1 ⋅R2 ⋅ 3⋅VD − 2 ⋅vo( )

2 ⋅R1 − R2( ) ⋅vo

•  Difícil de estimar!

•  A corrente no diodo é menor que 1 mA.

v+ = v− = vo ⋅R1

R1 + R2 / /R3=

= 2 ⋅ 5k5k +11k / /73k

= 0,69V

iD = vo − v−R3

= 2 − 0,6973k

= 0,018mA

Próxima aula

Osciladores de relaxação.

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