09 Osciladores

5/22/2018 09 Osciladores

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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES

OSCILADORES


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4- Osciladores (4 aulas)

Principios bsicos, critrio de Barkhausen, estabilizao de amplitude.

Osciladores RC-Activos

Osciladores de cristal e LC

Osciladores de relaxao

CONTEDO


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ELECTRNICA GERAL OSCILADORESGeradores de sinal

Aplicaes:

Computadores e sistemas de controlo impulsos de relgio

Sistemas de telecomunicaes sinais de formas variadas so utilizados -------

---------------------------------------------------- como portadores

Equipamento e teste e medida sinais de formas variadas so utilizados --------

------------------------------------------------- para testar e caracterizar dispositivos e --------

------------------------------------------------- -circuitos electrnicos

Osciladores Sinusoidais:

Osciladores Lineares utilizam o fenmeno de ressonncia e so constitudos -----

--------------------------- por um A.O. com realimentao positiva e um circuito - ---

------------------------------- RC ou LC selectivo na frequncia.Osciladores No Lineares resultam da modificao de uma onda triangular obtida ----

----------------------------------- por um processo no linear.

Geradores de onda quadrada, triangular, impulsos:

Geradores no lineares empregam multivibadores (biestvel, astvel, monoestvel)


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Osciladores Sinusoidais Princpios bsicos de osciladores lineares

Passo 1 empregam-se mtodos de anlise de realimentao no domnio da frequncia

Passo 2 aplica-se um mtodo no linear para controlo de amplitude

Estruturabsica de um oscilador sinusoidal.

Ganho da malha de rectroaco: )()()( ssAsL

0)()(1)(1 ssAsL Equao caracterstica:

)()(1

)(

)(

)()(

ssA

sA

sx

sxsA

s

Of

)()()( ssxsx Of

)()()()()( ssxsxsAsx OSO )()()()()()( sxsAsxssAsx SOO


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Critrio de oscilao (Critrio de Barkhausen)

Ganho da malha de rectroaco: )()()( ssAsL 0)()(1)(1 ssAsL Equao caracterstica:

Condio para se ter umoscilador sinusoidal frequncia w0

1)()()( 000 www jjAjL

Deve verificar-se apenas para a frequncia de oscilao

1)()( 00 ww jjA

0))()(arg( 00 ww jjA


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Estruturabsica de um oscilador sinusoidal.

0)( sxS

1)()( ssA

)()()( ssxsx Of

)()( sxsAx Of

)()()( sxsxsA OO

Examinando os plos da funo de transferncia,

(1-A(s)(s)=0 ).

Para que o circuito produza oscilaes frequncia w0a equao caracterstica

dever ter zeros sobre o eixo imaginrio s=jw0,

pelo que a funo dever ter um factor da forma (s2+w02).

)()(1

)(

)(

)()(

ssA

sA

sx

sxsA

f

Of


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Para uma variao acentuada de fase Df variao de Dw0 grande df/dwDw0pequeno

(resultante de uma mudana num componente devido por exemplo temperatura)

Dependncia da estabilidade da frequncia do oscilador com a variao de fase

0))(arg( 0 w j

))(arg( 0wf j

Circuito de realimentao comalta selectividade na frequncia

Circuito ressonante com Qelevado

Quanto mais inclinada for a

caracterstica arg[(jw)]menor ser a

variao da frequncia de oscilao:


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Estabilizao da amplitude

A=1 e w=w0 A1

A amplitude das

oscilaes aumenta

Mecanismo para forar A=1circuito de controlo do ganho no linear


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Estabi l izao da ampl itude

Funcionamento do circuito no linear de controlo do ganho

1 - Projeta-se o circuito de modo a A>1(plos prximo do eixo imaginrio)2 - Quando a fonte de alimentao ligada as oscilaes aumentam

3 - Quando a amplitude da oscilao atinge o valor desejado o controlo no

linear actua e pe o ganho da malha de rectroaco a 1.

(os plos so deslocados para o eixo imaginrio)

4 - Esta aco faz com que o circuito mantenha as oscilaes na amplitude

desejada.

5 - Se o ganho ficar menor que 1as oscilaes diminuem de amplitude.Isto detectado pelo controlador que volta a colocar o ganho A em 1.


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Circuito L imitador para Controlo de AmplitudeCaracteristica de Transferncia

1R

Rv

f

O

32

2

32

3

RR

Rv

RR

RVv OA

54

5

54

4

RR

Rv

RR

RVv

OB

2

3

2

3 1R

RV

R

RVL D

5

4

5

4 1RRV

RRVL

D

0Ov0Iv

0Av 0Bv

""21 offDeD

Teorema de

Sobreposio

2

3

2

3 1R

RV

R

RVL D

5

4

5

4 1R

RV

R

RVL D


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Caracteristica de Transferncia

)( positivovA

32

2

32

3

RR

R

vRR

R

Vv OA

54

5

54

4

RR

Rv

RR

RVv OB

2

3

2

3 1R

RV

R

RVL D

5

4

5

4 1R

RV

R

RVL D

0Ov0Iv

0Av 0Bv

""2 offD

2

3

2

3 1R

RV

R

RVL D

5

4

5

4 1R

RV

R

RVL D

VvA 7.0 ""1 onD

Cir cuito L imitador para Controlo de Amplitude

Valor de vOpara o qual D1conduz:

vA=-VD vB=-VD

Valor de vOpara o qual D2conduz:3

3

1

1

RR

RR

RG

f

f

1// RRLv fI

""1 onD

""1 onD


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12


Quando Rf removida o circuitotransforma-se num comparador.

Circuito L imitador para Controlo de Amplitude

LvO0Iv

0Iv LvO


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13


Oscilador em ponte deWien

Ampop ligado em montagem noinversora com um ganho de 1+R2/R1

Na malha de realimentaopositiva liga-se um circuito RC

Determinao do ganho:

O ganho determina-se multiplicando a funo detransferncia Va(s)/Vo(s) da malha de realimentaopositiva pelo ganho da montagem no inversora

sCRsCR

RRsL

/13

1)( 12

sp

p

ZZ

Z

R

RsL

1

21)(

CRCR

0

0

1

ww

CRCRj

RRjL

www

/13

1)( 12

CR

10 w

2/ 12 RR 2/ 12 RR

wjs

Osciladores RCActivos

1ww jjA

0arg ww jjA

Condio para haveroscilao


14/35

14



sCRsCR

RRsL

/13

1)( 12

CRCR

0

0

1

ww

CRCRj

RRjL

ww

w

/13

1)( 12

CR

10 w

2/ 12 RR 2/ 12 RR

wjs


1ww

jjA 0arg ww jjA

Condio para haveroscilao

31

0

w j

A

Os plos so as raizes de 1-AB(s)=0 ou 1-L(s)=0

0/13

110)(1 12

sCRsCR

RRsL

1/13

11)( 12

sCRsCR

RRsL

sCRsCRA /13

130 222 RCssCRA 2002 30 ww sAs

20

2

0

2

02,1 2

2

3

2

3w

ww

AAs


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15




2002 30 ww sAs

20

2

0

2

02,1 2

2

3

2

3w

ww

AAs xx

A=3

A=1A=0

A=0

Lugar geomtrico dos plos quando A varia

Para 1


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16


Oscilador em ponte de Wien com limi tador para controlo de ampli tude


l im itador para

contro lo de

ampl i tude

Osci lador em po nte de Wien


17/35

17


Oscilador de desvio de fase.


Princpio de operao


18/35

18


Oscilador de desvio de fase

com limitador paraestabilizao de amplitude.


CRCRj

RRC

jV

jVA

f

X

O

ww

w

w

w

/134

22

Ganho da cadeia de rectroaco, sem o limitador.


19/35

19


DiagramadeBlocos do oscilador filtro-activo-sintonizado

Osciladores RCActivosPrincpio de operao


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20


Implementao prtica do oscilador filtro-activo-sintonizado


Limitador


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21


Os osciladores RC activos utilizam-se parafrequncias entre 10Hz e 100kHz (mx 1MHz)

O limite inferior de frequnciaresulta das

dimenses dos componentes O limite superior de frequnciaresulta daresposta em frequncia e do slew-ratedosamplificadores operacionais.

Para frequncias superiores utilizam-seosciladores de cristal e circuitos formadospor transistores e malhas LC sintonizadas

Osciladores RCActivosConcluses:


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22


Osciladores LC sintonizados

Oscilador de HartleyOscilador de Colpitts

Osciladores de cristal e LCSintonizados

Um transistor com um circuito LC paralelo sintonizado entre o colector e a base

(ou dreno e fonte), com uma fraco da tenso deste circuito a alimentar o emissor (fonte

21

21

0

1

CC

CCL

w

CLL 210

1

wFrequncia

de oscilao


23/35

23


Circuito equivalenteOscilador de Colpitts

Equao no n C: 01/1 2212 VLCssCRVgVsC m 0/1/ 212

2

21

3 RgCCsRLCsCLCs m0Vas oscilaescomeam Vpodeser eliminado

wjs 0/1 2132122 CLCCCjRLCgm www

21

21

0

1

CC

CCL

wRg

C

Cm

1

2

=0 =0

RgC

Cm

1

2

Para asoscilaescomearem

Condio de oscilao Frequncia de oscilao


24/35

24


Circuito completo de um oscilador de Colpitts


25/35

25


Oscilador de Cristal piezoelctrico

smbolo Circuito equivalente

Reactncia do cristal em funo da frequncia

[Despresando a pequena resistncia r, Zcristal =jX()].

pS

pS

p

CC

CCL

1w

S

SLC

1w

22

221

p

S

pCjsZ

ww

ww

w

S

psCsL

sCsZ/1

1/1

pSSp

sp

CLCCCs

LCssCsZ

/

/1/1

2

2

wp>wS


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26


Oscilador de cristal utilizando um inversor CMOS como amplificador(Pierce)

S

SLCww

10

Frequncia de ressonncia definida por L e pela srie de Cs com (Cp+C1C2/(C1+C2))como Cs muito menor torna-se dominante e a frequncia de ressonncia :


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27


Realimentao positiva capaz de operao biestvel.

Analogia fisica para a operao do circuito biestvel

A bola no pode permanecer indefinidamente na situao em que est, qualquerperturbao a far cair para um dos dois estados estveis.

Osciladores de Relaxao


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28


Uma onda quadrada pode ser gerada por um multivibrador biestvel comum circuito RC na malha de realimentao como mostra a figura

Gerador de onda rectangularOsciladores de Relaxao

multivibrador biestvel

circuito RC na

malha de

realimentao


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29


Multivibrador AstvelOsciladores de Relaxao

Operao (carga):

1. vO=L+

2. O condensador carrega

atravs de R com t=CR3. A tenso na entrada () do A.O.

t

/)( teLLLv

Lv

4. A tenso na entrada (+) do A.O.

5. Quando v-atinge o valor de v+o

A.O. Muda de estado e vo=L-

Lv

vO=L +


30/35

30



Operao (descarga):

6. vO=L-

7. O condensador descarrega

atravs de R com t=CR8. A tenso na entrada () do A.O.

t

/1)(

TteLLLv

Lv 4. A tenso na entrada (+) do A.O.

5. Quando v-atinge o valor de v+o

A.O. Muda de estado e vo=L+

Lv

vO=L -


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31



Clculo do perodo T = T1+T2

Durante T1a tenso v- :(t=0 no incio de T1)

t /)( teLLLv Lv

t

1

1ln221 TTT

Fazendo em t= T1 fica:t

/1)(

TeLLLL

t

1

)/(1ln

1

LLTou:

Durante T2a tenso v- :(t=T1no incio de T2)

t

/)(

teLLLv

Lv Fazendo em t= T1 fica:

t

/2)( T

eLLLL

t

1

)/(1ln2

LLTou:

Lv


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32


Esquema geral para gerar formas de onda triangulares e rectangulares

Clculo do perodo T = T1+T2

L

VVCRT TLTH2CR

L

T

VV TLTH

2

CR

L

T

VV TLTH

1

L

VVCRT TLTH1

Onda simtrica L+=L-


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33


Circuito monoestvel

Gerador de ondarectangular

Estado estvel

1 - Tenso em A = L+

2 - Diodo D1on

3 Se R4>>>R1o diodo

D2conduz uma corrente

muito pequena e,

4 - O ganho da montagem

aprox. =R1/(R

1+R

2)

5 - vC=L+>VD1


34/35

34


Circuito monoestvel


Estado quasi-estvel

1 D2conduz francamente pois aTenso em E diminuifortemente.

2 A tenso vCdiminui.

3 Qd vC


35/35

35


Circuito monoestvel


Estado quasi-estvel

Determinao de T

1

1lnln 31

131 RC

LL

LVRCT D

31/1)( RCt

DB eVLLtv

L 31/

1)( RCT

D eVLLL

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