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 C CR R 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:

291

621

=

=

β

πRCf

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 | = gm * 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

gm*rd

Rs CS

R R R

CCC

RD

R R

CCCR

CE

R1

R2RE

RC

VCC

a) 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:

)/(461*

21

RRRCf

C+=

π

para que la ganancia del lazo sea mayor de la unidad, se encuentra que el requerimiento de la ganancia de corriente del transistor es

RR

RRh C

Cfe 42923 ++⟩

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.

621RC

fπ

=

+Vcc-

+Op-amp

C CC

R RR

Ri

Rf

-VEE

Figura 07 Oscilador por rotación de fase usando Op-Amp.

Boylestad Robert L.: Electrónica Teoría de circuitos, 3ª Edición, Prentice- hall Hispano Americano. México 1994.