9. Generador de señal 3

Osciladores senoidales
Los generadores vistos con anterioridad basan su funcionamiento en la cargª y
descarga de un condensador. Las señales que proporcionan tienen una evolución no continua, es decir, que a lo largo de un ciclo se produce algún cambio
brusco en su amplitud.
;~-;".
La señal senoidal se caracteriza por tener una evolución continua, sin
modificaciones bruscas, y por no contener armónicos (fig. 25).
Los armónicos son señales de menor amplitud que la fundamental y
frecuencia múltiplo de ésta que, al aparecer junto a el/a, le hacen adoptar formas muy distintas.
Fig. 25. Señal senoidal pura.
Así, una señal cuadrada es la combinación de una senoidal de una determinada
frecuencia y la suma de todos sus armónicos de orden impar (fig. 26).
Fig. 26. La suma de los armónicos impares con la fundamental
da lugar a la señal cuadrada.
Debido a su pureza, la señal senoidal es, en principio, la única capaz de pasar por
bobinas y condensadores sin sufrir deformaciones. Un generador de señal senoidal con amplificadores operacionales está constituido por un amplificador con
realimentación positiva a través de resistencias y condensadores en distintas
configuraciones. Las configuraciones con inductancias se usan para osciladores
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de muy alta frecuencia, por lo que no las estudiaremos
oscilador senoidal es la que muestra la figura 27.
aquí. La estructura
de un
Fig. 27. Bloques constitutivos de un oscilador senoidal.
En la estructura del oscilador observamos un iniciador de oscilaciones, Que se
encarga, en el momento del arranque, de proporcionar una señal al amplificador
que vuelve a recibir a través de la red de realimentación positiva. En la práctica, el
inicio de la oscilación se debe al ruido propio de los componentes.
la ganancia del-amplificador
se encarga de contrarrestar las pérdidas ocasionadas en la red de realimentación. De esta forma, queda garantizado que la ganancia total del circuito es 1 a la frecuencia de oscilación de éste.
Ganancia - atenuación
= 1
Sí la ganancia total es superior a 1, cada ciclo aumenta su amplitud
respecto al que
le precede y aparece la señal recortada a la salida. Por el contrario, si la ganancia
es menor, la señal sufre una atenuación crónica y termina por desaparecer.
Oscilador por desplazamiento de fase
En la figura 28 tenemos las dos disposiciones
este tipo.
que puede adoptar un oscilador de
b
Fig. 28. Osciladores senoidales por desplazamiento de fase.
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Como puede verse, un oscilador por desplazamiento de fase tiene su fundamento en las redes RC. Según lo expuesto, la señal de salida Vs debé sufrir un desplazamiento de fase de 1800 que se aplica a la entrada inversora del operacional. Al
tratarse de un amplificador inversor, se produce otro desfase de 1800 y se consigue así un total de 360°, que origina la realimentación positiva.
El desfase de 1800 es la suma de los desfases parciales que originan cada una de
las redes RC. Teóricamente, cada célula podría producir un desfase de 90° aunque en la práctica el desfase que se consigue es inferior. Esto implica que el número mínimo de redes es de tres, con un desfase en cada una de 60°. El número
de redes puede ser mayor, siempre que se mantengan los 180° en total.
El valor de las resistencias y de los condensadores de las redes determina la frecuencia de salida del oscilador. Para simplificar los cálculos, las resistencias son
iguales entre sí, y lo mismo ocurre con los condensadores.
La siguiente expresión determina el valor de la frecuencia.
trarla, debido a que su cálculo resulta complicado.
f
=
No vamos a demos-
1
2 . 1t . R . C . ~ (2· N)
N es el número de redes Re utilizadas para producir el desfase de 180°. En nuestro caso, con N = 3:
f
=
1
2·1t·R·C·¡!6
La atenuación total que se produce entre todas las redes de realimentación es
como mínimo de 29. Por lo tanto, la ganancia de la etapa amplificadora deberá
ser mayor o igual que 29. Es decir:
Oscilador en puente de Wien
P.a,raobt~~er una se~al se~oidal, se puede utilizar otro tipo de red de realimenta- .
cion positiva con resistencias y condensadores. Es la disposición denominada en
puente de Wien. Este tipo de montaje consiste en la aplicación a cada una de las
entr.adas del operacional de la tensión existente en el centro de sendas ramas de
realfmentación, una positiva y otra negativa (fig. 29).
~~----------~
=vo:
Fig. 29. Oscilador senoidal en puente de Wien.
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c.3
realimentación
positiva se consigue por medio de dos redes, una de adelanto
f otra de atraso de fase constituidas por un circuito serie resistencia-condensa-::~ry otro en paralelo con idénticos componentes. De la unión de los dos circui-:=s se toma la parte de salida que se realimenta
~,-:¡plificador.
positivamente
a la entrada (+) del
=~
máximo valor de tensión en esta entrada se da cuando el circuito funciona a
- aa determinada frecuencia. Para frecuencias inferiores a ésta, el condensador
~.°.iese encuentra en serie ofrece una alta reactancia capacitiva, con lo que la por:!6n de la salida que se realimenta positivamente es menor. Por otra parte, si la
frecuencia es superior a la determinada, el condensador en paralelo disminuye
su reactancia y disminuye así la tensión que se le aplica al operacional.
Frecuencia de resonancia es aquélla a la cual se produce la máxima reatimentecián positiva en el circuito.
Es precisamente a este valor de frecuencia al cual oscila el dispositivo. El inicio de
las oscilaciones se produce a consecuencia de los ruidos que aparecen en la salida del amplificador en el momento de alimentarlo. De entre todos los producidos
hay algunos de la misma frecuencia a la que tiene que oscilar el circuito, y son
precisamente éstos los que llegan a la entrada (+) con mayor amplitud e inician
el proceso de oscilación.
'
El valor de la frecuencia de resonancia se obtiene mediante la fórmula siguiente:
t, =
1
2·1t·R·C
Donde R determina el valor de cada una de las dos resistencias de la red y
los dos condensadores.
e el de
La parte de señal realimentada positivamente se ve reducida. a 1/3 respecto a la
amplitud existente en la salida por efecto del divisor de tensión que constituyen
las redes de adelanto-atraso. La ganancia producida por la red de realimentación
negativa debe ser capaz de contrarrestar la atenuación originada y, por tanto, su
valor será 3. Es decir:
R1 + R2
R,
=3
Si la ganancia es inferior a este valor, el circuito no oscilará, ya que la ganancia
no logrará compensar la atenuación. Si la ganancia es superior, la salida pasará
rápidamente a saturación y el circuito tampoco oscilará.
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