Osciladores: ¿Qué son? (Definición, tipos y aplicaciones)

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¿Qué es un oscilador?

Un oscilador es un circuito que produce una forma de onda continua, repetida y alterna sin ninguna entrada. Los osciladores básicamente convierten el flujo de corriente unidireccional de una fuente de CC en una forma de onda alterna que tiene la frecuencia deseada, según lo decidido por los componentes del circuito.

El principio básico detrás del funcionamiento de los osciladores se puede entender analizando el comportamiento de un circuito de tanque LC que se muestra en la Figura 1 a continuación, que emplea un inductor L y un capacitor C completamente precargado como sus componentes. Aquí, al principio, el condensador comienza a descargarse a través del inductor, lo que da como resultado la conversión de su energía eléctrica en el campo electromagnético, que puede almacenarse en el inductor. Una vez que el condensador se descarga por completo, no habrá flujo de corriente en el circuito.

¿Qué es un oscilador?

Sin embargo, para entonces, el campo electromagnético almacenado habría generado una fuerza contraelectromotriz que da como resultado el flujo de corriente a través del circuito en la misma dirección que antes. Este flujo de corriente a través del circuito continúa hasta que el campo electromagnético colapsa, lo que da como resultado la conversión inversa de la energía electromagnética en forma eléctrica, lo que hace que el ciclo se repita. Sin embargo, ahora el condensador se habría cargado con la polaridad opuesta, por lo que se obtiene una forma de onda oscilante como salida.

Sin embargo, las oscilaciones que surgen debido a la interconversión entre las dos formas de energía no pueden continuar para siempre, ya que estarían sujetas al efecto de pérdida de energía debido a la resistencia del circuito. Como resultado, la amplitud de estas oscilaciones disminuye constantemente hasta llegar a cero, lo que las hace amortiguadas por naturaleza.

Esto indica que para obtener oscilaciones continuas y de amplitud constante, es necesario compensar la pérdida de energía. No obstante, cabe señalar que la energía suministrada debe controlarse con precisión y debe ser igual a la energía perdida para obtener las oscilaciones con amplitud constante.

Esto se debe a que, si la energía suministrada es mayor que la energía perdida, la amplitud de las oscilaciones aumentará (Figura 2a), lo que producirá una salida distorsionada; mientras que si la energía suministrada es menor que la energía perdida, entonces la amplitud de las oscilaciones disminuirá (Figura 2b) dando lugar a oscilaciones insostenibles.

Tipos de oscilador

Prácticamente, los osciladores no son más que los circuitos amplificadores que están provistos de una retroalimentación positiva o regenerativa en la que una parte de la señal de salida se retroalimenta a la entrada (Figura 3). Aquí el amplificador consiste en un elemento activo amplificador que puede ser un transistor o un amplificador operacional y la señal en fase retroalimentada es responsable de mantener (sostener) las oscilaciones compensando las pérdidas en el circuito. .

Aplicación del oscilador

Una vez que se enciende la fuente de alimentación, las oscilaciones se iniciarán en el sistema debido al ruido electrónico presente en él. Esta señal de ruido viaja alrededor del bucle, se amplifica y converge en una onda sinusoidal de frecuencia única muy rápidamente. La expresión para la ganancia de bucle cerrado del oscilador que se muestra en la Figura 3 se da como:

Ecuación del oscilador

Donde A es la ganancia de voltaje del amplificador y β es la ganancia de la red de retroalimentación. Aquí, si Aβ> 1, entonces las oscilaciones aumentarán en amplitud (Figura 2a); mientras que si Aβ <1, entonces las oscilaciones se amortiguarán (Figura 2b). Por otro lado, Aβ = 1 conduce a las oscilaciones que son de amplitud constante (Figura 2c). En otras palabras, esto indica que si la ganancia del bucle de realimentación es pequeña, la oscilación se extingue, mientras que si la ganancia del bucle de realimentación es grande, la salida se distorsionará; y solo si la ganancia de retroalimentación es la unidad, entonces las oscilaciones serán de amplitud constante, lo que conducirá a un circuito oscilatorio autosostenido.

Tipo de oscilador

Hay muchos tipos de osciladores, pero se pueden clasificar en dos categorías principales: osciladores armónicos (también conocidos como osciladores lineales) y osciladores de relajación.

En un oscilador armónico, el flujo de energía es siempre de los componentes activos a los componentes pasivos y la frecuencia de las oscilaciones se decide por la ruta de retroalimentación.

Mientras que en un oscilador de relajación, la energía se intercambia entre los componentes activo y pasivo y la frecuencia de las oscilaciones está determinada por las constantes de tiempo de carga y descarga involucradas en el proceso. Además, los osciladores armónicos producen salidas de onda sinusoidal de baja distorsión, mientras que los osciladores de relajación generan formas de onda no sinusoidales (dientes de sierra, triangulares o cuadradas).

Los principales tipos de osciladores incluyen:

Los osciladores también se pueden clasificar en varios tipos dependiendo del parámetro considerado, es decir, en función del mecanismo de retroalimentación, la forma de la forma de onda de salida, etc. Estos tipos de clasificaciones se dan a continuación:

  1. Clasificación basada en el mecanismo de retroalimentación: osciladores de retroalimentación positiva y osciladores de retroalimentación negativa.
  2. Clasificación basada en la forma de la forma de onda de salida: osciladores de onda sinusoidal, osciladores de onda cuadrada o rectangular, osciladores de barrido (que producen una forma de onda de salida en forma de diente de sierra), etc.
  3. Clasificación basada en la frecuencia de la señal de salida: osciladores de baja frecuencia, osciladores de audio (cuya frecuencia de salida es del rango de audio), osciladores de radiofrecuencia, osciladores de alta frecuencia, osciladores de muy alta frecuencia, osciladores de ultra alta frecuencia, etc.
  4. Clasificación basada en el tipo de control de frecuencia utilizado: Osciladores RC, Osciladores LC, Osciladores de cristal (que utilizan un cristal de cuarzo para dar como resultado una forma de onda de salida estabilizada en frecuencia), etc.
  5. Clasificación basada en la naturaleza de la frecuencia de la forma de onda de salida: osciladores de frecuencia fija y osciladores de frecuencia variable o sintonizable.

Aplicaciones de oscilador

Los osciladores son una forma fácil y barata de generar una frecuencia específica de una señal. Por ejemplo, se usa un oscilador RC para generar una señal de baja frecuencia, un oscilador LC se usa para generar una señal de alta frecuencia y un oscilador basado en amplificador operacional se usa para generar una frecuencia estable.

La frecuencia de oscilación se puede variar variando el valor del componente con arreglos de potenciómetros.

Algunas aplicaciones comunes de osciladores incluyen:

  • Relojes de cuarzo (que utilizan un oscilador de cristal )
  • Se utiliza en varios sistemas de audio y video.
  • Se utiliza en varios dispositivos de comunicación de radio, TV y otros
  • Se utiliza en computadoras, detectores de metales, pistolas paralizantes, inversores, aplicaciones de radiofrecuencia y ultrasonidos.
  • Se utiliza para generar pulsos de reloj para microprocesadores y microcontroladores.
  • Utilizado en alarmas y zumbidos.
  • Se utiliza en detectores de metales, pistolas paralizantes, inversores y ultrasonidos.
  • Se utiliza para operar luces decorativas (por ejemplo, luces de baile)

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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