OSCILADORES POR ROTACIÓN DE FASE Un ejemplo de un

OSCILADORES POR ROTACIÓN DE FASE
Un ejemplo de un circuito oscilador que sigue el desarrollo
básico de un circuito retroalimentado es el oscilador de rotación
de fase. En la figura 05 se muestra una versión idealizada de
este circuito. Recuerde que los requerimientos para la
oscilación son que la ganancia del lazo, βA, sea mayor que la
unidad y que la rotación de fase alrededor de la red de
realimentación sea 180° (proporcionando retroalimentación
positiva). En la presente idealización estamos considerando que
la red de retroalimentación es manejada por una fuente perfecta
(con cero impedancia de fuente) y la salida de la red de
retroalimentación esta conectada a una carga perfecta
(impedancia de carga infinita). El caso idealizado permitirá el
desarrollo de la teoría que se encuentra tras la operación del
oscilador de rotación de fase. Luego se consideran las versiones
practicas del circuito.
A
C
R
C
R
C
R
Figura 05 Oscilador de rotación de fase idealizado
Si concentramos nuestra atención en la red de rotación de
fase, estaremos interesados en la atenuación de la red a la
frecuencia a la cual la rotación de fase es exactamente de 180°.
Usando el análisis de red clásico, encontramos que:
1
2πRC 6
1
β=
29
f =
y el corrimiento de fase es 180°.
Para que la ganancia del lazo, βA, sea mayor que la unidad,
la ganancia de la etapa amplificadora debe ser mayor que 1/β o
29 ( A > 29 ).
Cuando se considera la operación de la red de
retroalimentación, uno puede ingenuamente seleccionar los
valores de R y C para proporcionar (a una frecuencia especifica)
una rotación de fase de 60° por sección, para las tres secciones,
lo cual origina como resultado una rotación de fase de 180°
como se desea. Sin embargo, este no es el caso, debido a que
cada sección de RC en la red de retroalimentación carga a la
anterior. El resultado neto de que la rotación de fase total sea
180°, es lo único que es importante. Si se mide la rotación de
fase por sección RC, puede ser que cada sección no proporcione
la misma rotación de fase (aunque la rotación de fase en general
sea 180°). Si deseamos obtener exactamente una rotación de
fase de 60° para cada una de las tres etapas, se necesitarían
etapas de emisor seguidoras para cada sección RC para
prevenir a cada una del efecto de carga del circuito siguiente.
OSCILADOR POR ROTACIÓN DE FASE A FET
En la figura 06a se muestra una versión práctica de un
circuito oscilador de rotación de fase. El circuito esta dibujado
para mostrar claramente al amplificador y la red de
retroalimentación. El amplificador esta auto polarizado con una
resistencia de fuente RS con condensador de desvío y una
resistencia de polarización con RD. Los parámetros de interés
del FET, la magnitud de la ganancia y el amplificador se calcula
a partir de
| A | = g m * RL
donde RL en este caso es la resistencia en paralelo de Rd y rd.
Debemos suponer como una buena aproximación que la
impedancia de entrada del amplificador FET es infinita. Esta
situación es valida siempre cuando la frecuencia de operación
del oscilador sea lo suficientemente baja para que las
impedancias capacitivas del FET se puedan ignorar. La
impedancia de salida del amplificador fijado por RL también debe
ser pequeña en comparación con la impedancia vista en la red
de retroalimentación, para que no exista atenuación debida a la
carga. En la práctica, estas consideraciones no son siempre
despreciables por lo que se seleccionan la ganancia del
amplificador, un poco mayor que el factor necesario de 29 para
asegurar la oscilación.
VDD
VCC
R1
RD
RC
gm*rd
Rs
CS
C
R
C
R
a)
RE
R2
C
R
CE
C
R
C
R
C
R
b)
Figura 06 Circuitos de oscilador de rotación de fase práctico:
a) versión FET
b) versión BJT
OSCILADOR POR ROTACIÓN DE FASE A TRANSISTOR
Si se usa un transistor como elemento activo del
amplificador, la salida de la red de retroalimentación se carga
por la relativamente baja resistencia de entrada (hie) del
transistor. Por supuesto, podría usarse una etapa de emisor
seguidor, seguida de una etapa de emisor común. Sin embargo si
se desea una etapa de un solo transistor, resulta mas adecuado
el uso de una retroalimentación de voltaje en paralelo (como se
muestra en la figura 06b). En esta conexión, la señal de
retroalimentación se acopla a través de la resistencia de
retroalimentación R’ en serie con la resistencia de entrada del
amplificador (Ri)
El análisis del circuito en AC proporciona la siguiente
ecuación para la frecuencia de oscilación resultante:
f =
1
1
*
2πRC
6 + 4( RC / R)
para que la ganancia del lazo sea mayor de la unidad, se
encuentra que el requerimiento de la ganancia de corriente del
transistor es
RC
R
h fe ⟩ 23 + 29
+4
RC
R
OSCILADOR POR ROTACIÓN DE FASE A CI
Conforme que los circuitos CI han llegado a ser más
populares se han adaptado para operar en circuitos osciladores.
Solo se necesita comprar un Op-Amp para obtener un circuito de
amplificador con un ajuste de ganancia estabilizado, e
incorporar algún medio de retroalimentación de señal para
producir un circuito oscilador. Por ejemplo, en la figura 07 se
muestra un oscilador por rotación de fase. La salida del Op-Amp
se alimenta a una red RC de tres etapas que proporcionan la
rotación de fase necesaria de 180° (con un factor de atenuación
de 1/29). Si el Op-Amp proporciona una ganancia ( que fijan las
resistencias Ri y Rf ) mayor que 29, resulta una ganancia de lazo
mayor de la unidad y el circuito actúa como un oscilador.
f =
1
2πRC 6
Rf
Ri
+Vcc
Op-amp
+
-VEE
C
C
R
C
R
R
Figura 07 Oscilador por rotación de fase usando Op-Amp.
Boylestad Robert L.: Electrónica Teoría de circuitos, 3ª Edición, Prenticehall Hispano Americano. México 1994.