09 osciladores
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
OSCILADORES
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORESGeradores de sinal
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORESGeradores de sinal
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORESGeradores de sinal
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Quando Rf removida o circuitotransforma-se num comparador.
Circuito L imitador para Controlo de Amplitude
LvO0Iv
0Iv LvO
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Oscilador em ponte deWien
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
Osciladores RCActivos
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Oscilador em ponte deWien
Osciladores RCActivos
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Oscilador em ponte de Wien com limi tador para controlo de ampli tude
Osciladores RCActivos
l im itador para
contro lo de
ampl i tude
Osci lador em po nte de Wien
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Oscilador de desvio de fase.
Osciladores RCActivos
Princpio de operao
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Oscilador de desvio de fase
com limitador paraestabilizao de amplitude.
Osciladores RCActivos
CRCRj
RRC
jV
jVA
f
X
O
ww
w
w
w
/134
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Ganho da cadeia de rectroaco, sem o limitador.
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
DiagramadeBlocos do oscilador filtro-activo-sintonizado
Osciladores RCActivosPrincpio de operao
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Implementao prtica do oscilador filtro-activo-sintonizado
Osciladores RCActivos
Limitador
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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
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21
0
1
CC
CCL
w
CLL 210
1
wFrequncia
de oscilao
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Circuito completo de um oscilador de Colpitts
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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 +
-
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Multivibrador AstvelOsciladores de Relaxao
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Multivibrador AstvelOsciladores de Relaxao
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
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
-
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Circuito monoestvel
Gerador de ondarectangular
Estado quasi-estvel
1 D2conduz francamente pois aTenso em E diminuifortemente.
2 A tenso vCdiminui.
3 Qd vC
-
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ELECTRNICA GERAL OSCILADORES
Circuito monoestvel
Gerador de ondarectangular
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