oscilador de desplazamiento de fase

Este diagrama esquemático muestra el oscilador que utiliza un transistor bipolar conectado en configuración de emisor común como amplificador. Las dos resistencias R y los tres condensadores C forman la red de desplazamiento de fase RC que proporciona retroalimentación del colector a la base del transistor. La resistencia R _b proporciona la corriente de polarización de la base. La resistencia R _c es la resistencia de carga del colector para la corriente del colector. La resistencia R _s aísla el circuito de la carga externa. ^{[ 3 ]}

Este circuito implementa el oscilador con un FET . R1 , R2 , _Rs y _Cs proporcionan la polarización para el transistor. _Cabe destacar que la topología utilizada para la retroalimentación positiva es la de retroalimentación en serie de _voltaje .

La implementación del oscilador de desplazamiento de fase que se muestra en el diagrama utiliza un amplificador operacional (op-amp), tres condensadores y cuatro resistencias .

Las ecuaciones de modelado del circuito para la frecuencia de oscilación y el criterio de oscilación son complejas porque cada etapa RC carga las anteriores. Suponiendo un amplificador ideal, con una impedancia de salida muy baja y una impedancia de entrada muy alta, la frecuencia de oscilación es:

${\displaystyle f_{\mathrm {oscilación} }={\frac {1}{2\pi {\sqrt {R_{2}R_{3}(C_{1}C_{2}+C_{1}C_{3}+C_{2}C_{3})+R_{1}R_{3}(C_{1}C_{2}+C_{1}C_{3})+R_{1}R_{2}C_{1}C_{2}}}}}}$

La resistencia de retroalimentación necesaria para mantener la oscilación es:

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{\mathrm {fb} }=&2(R_{1}+R_{2}+R_{3})+{\frac {2R_{1}R_{3}}{R_{2}}}+{\frac {C_{2}R_{2}+C_{2}R_{3}+C_{3}R_{3}}{C_{1}}}\\&+{\frac {2C_{1}R_{1}+C_{1}R_{2}+C_{3}R_{3}}{C_{2}}}+{\frac {2C_{1}R_{1}+2C_{2}R_{1}+C_{1}R_{2}+C_{2}R_{2}+C_{2}R_{3}}{C_{3}}}\\&+{\frac {C_{1}R_{1}^{2}+C_{3}R_{1}R_{3}}{C_{2}R_{2}}}+{\frac {C_{2}R_{1}R_{3}+C_{1}R_{1}^{2}}{C_{3}R_{2}}}+{\frac {C_{1}R_{1}^{2}+C_{1}R_{1}R_{2}+C_{2}R_{1}R_{2}}{C_{3}R_{3}}}\end{aligned}}}$

Las ecuaciones son más sencillas cuando todas las resistencias (excepto la resistencia de retroalimentación negativa ) tienen el mismo valor y todos los condensadores tienen el mismo valor. En el diagrama, si R ₁ = R ₂ = R ₃ = R y C ₁ = C ₂ = C ₃ = C , entonces:

${\displaystyle f_{\mathrm {oscilación} }={\frac {1}{2\pi RC{\sqrt {6}}}}}$

y el criterio de oscilación es:

${\displaystyle R_{\mathrm {fb} }=29\cdot R}$

Al igual que con otros osciladores de retroalimentación, cuando se aplica energía al circuito, el ruido termoeléctrico o el transitorio de encendido proporcionan una señal inicial para comenzar la oscilación. En la práctica, la resistencia de retroalimentación debe ser ligeramente mayor para que la amplitud de la oscilación aumente en lugar de permanecer constante (con una amplitud pequeña). Si el amplificador fuera ideal, la amplitud aumentaría sin límite, pero en la práctica los amplificadores son no lineales y su ganancia instantánea varía. A medida que la amplitud aumenta, la saturación del amplificador disminuirá su ganancia promedio. En consecuencia, la amplitud de la oscilación seguirá aumentando hasta que la ganancia promedio del bucle del circuito sea igual a la unidad; en ese punto, la amplitud se estabilizará.

Cuando la frecuencia de oscilación es lo suficientemente alta como para estar cerca de la frecuencia de corte del amplificador , este contribuirá con un desfase significativo, que se sumará al desfase de la red de retroalimentación. Por lo tanto, el circuito oscilará a una frecuencia en la que el desfase del filtro de retroalimentación sea inferior a 180 grados.

El circuito con un solo amplificador operacional requiere una ganancia relativamente alta (alrededor de 30) para mantener la oscilación debido a la carga mutua entre las secciones RC. ^{[ 4 ]} Si cada segmento RC no afectara a los demás, una ganancia de entre 8 y 10 sería suficiente para la oscilación. Se puede construir una versión aislada del oscilador insertando un búfer con amplificador operacional entre cada etapa RC (esto también simplifica las ecuaciones de modelado).