oscilador com controle automático de ganho · • com diodos e resistores; • exemplo de projeto...
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Florianópolis, maio de 2012.
Prof. Clóvis Antônio Petry.
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica
Osciladores e Multivibradores
Oscilador com Controle Automático de Ganho
Bibliografia para esta aula
www.florianopolis.ifsc.edu.br/petry
Oscilador com controle automático de ganho: 1. Considerações iniciais; 2. Oscilador com Ponte de Wien; 3. Controle automático de ganho:
• Com resistências não-lineares; • Com transistor de efeito de campo; • Com diodos semicondutores:
• Com diodos zener; • Com diodos e resistores; • Exemplo de projeto e simulação.
Nesta aula
Estrutura básica de osciladores
B03.01 1
OSCILADORES SENOIDALES
1. IntroducciónUn oscilador es un circuito que produce una oscilación propia de frecuencia, for-
ma de onda y amplitud determinadas. Aquí se estudiarán los osciladores senoidales.Según habíamos visto, un sistema realimentado puede ser oscilante a causa de una
inestabilidad. Aprovecharemos esta particularidad, que en otro contexto se considerabadesventajosa, y consideraremos primeramente una estructura como la de la figura si-guiente.
Figura 1. Estructura básica de realimentación para lograr un oscilador
1.1. Enfoque intuitivo
Supongamos que hemos encontrado una frecuencia para la cual, al abrir el lazo einyectar a la entrada una señal xi de dicha frecuencia, resulta que a su salida obtendre-mos xr = !xi (figura 2a). Entonces puede reemplazarse xr por –xi sin que modifique elfuncionamiento (figura 2b). Por lo tanto el circuito sigue oscilando sin entrada.
Figura 2. (a) El sistema realimentado con entrada no nula y el lazoabierto. (b) Se elimina la entrada y al mismo tiempo se cierra el lazo
La condición anterior se da si
xi " a"# = !xi,
es decir, sia"# = !1. (1)
xi +
!a
#
xo
xoxi +
!a
#
xo
xr
xi = 0 +
!a
#
(a) (b)
Blocos do oscilador: • Amplificador – α – circuito de amplificação de
sinais, ativo, formado por transistores e/ou amplificadores operacionais.
• Rede de realimentação – β – circuito de
realimentação, normalmente com elementos passivos (resistores, capacitores e indutores).
Considerações iniciais
Exemplo de amplificador com controle automático de ganho:
Considerações iniciais
Controle automático de ganho:
B03.01 1
OSCILADORES SENOIDALES
1. IntroducciónUn oscilador es un circuito que produce una oscilación propia de frecuencia, for-
ma de onda y amplitud determinadas. Aquí se estudiarán los osciladores senoidales.Según habíamos visto, un sistema realimentado puede ser oscilante a causa de una
inestabilidad. Aprovecharemos esta particularidad, que en otro contexto se considerabadesventajosa, y consideraremos primeramente una estructura como la de la figura si-guiente.
Figura 1. Estructura básica de realimentación para lograr un oscilador
1.1. Enfoque intuitivo
Supongamos que hemos encontrado una frecuencia para la cual, al abrir el lazo einyectar a la entrada una señal xi de dicha frecuencia, resulta que a su salida obtendre-mos xr = !xi (figura 2a). Entonces puede reemplazarse xr por –xi sin que modifique elfuncionamiento (figura 2b). Por lo tanto el circuito sigue oscilando sin entrada.
Figura 2. (a) El sistema realimentado con entrada no nula y el lazoabierto. (b) Se elimina la entrada y al mismo tiempo se cierra el lazo
La condición anterior se da si
xi " a"# = !xi,
es decir, sia"# = !1. (1)
xi +
!a
#
xo
xoxi +
!a
#
xo
xr
xi = 0 +
!a
#
(a) (b)
!
Controle(de(ganho(
Sem CAG
Com CAG
Oscilador com Ponte de Wien
Principais características:
!
ω = 1R1 ⋅R2 ⋅C1 ⋅C2
ω o =1
R ⋅C
Fo =1
2 ⋅π ⋅R ⋅C
v+vo
= 13
β = 3
Rf
Rg= 2 α = 2
Controle automático de ganho
Com resistências não-lineares:
! !Com lâmpada incandescente Com termistores
Com transistor de efeito de campo (FET):
Controle automático de ganho
!
!
vo_max ≅ 1+ R6R5
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟⋅ Vp
α = R1Rin
Rin = R2 / /rDS
Controle automático de ganho
Com diodos semicondutores (Diodo zener):
!
−VZ 2 − 0,7 < vo <VZ1 + 0,7
Controle automático de ganho
Com diodos semicondutores (Diodo zener e resistor):
!
α = vovin
= − R2 / /RA
R1= −
R2 ⋅RA
R2 + RA
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
R1= − R2 ⋅RA
R1 ⋅ R2 + RA( )
−VZ 2 − 0,7 < vo <VZ1 + 0,7
α = vovin
= − R2R1
vo >VZ1 + 0,7 ou vo < −VZ 2 − 0,7
Controle automático de ganho
Com diodos semicondutores (Diodo e resistor):
vo =3⋅VD
2 ⋅ 1+ R3R2
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟− R3R1
!
Controle automático de ganho
Com diodos semicondutores (Diodo zener e resistor):
! !vo =
3⋅ VZ +VD( )2 ⋅ 1+ R3
R2
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟− R3R1
vo =3⋅VD
2 − Rx
R1
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟⋅ 1+ R3
R2
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟− R3R1
Controle automático de ganho
Exemplo de projeto de CAG com diodos semicondutores:
!
ω o = 10 krad / s Fo =ω o
2 ⋅π=
= 1.591,55Hzvo = 2V
Especificações:
Critério de Barkhousen: α = R2
R1→ 2,2α = 2
Determinando os elementos:
R2 = 11kΩ
R1 =R2α
= 11k2,2
= 5 kΩ
vo =3⋅VD
2 ⋅ 1+ R3R2
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟− R3R1
R3 =R1 ⋅R2 ⋅ 3⋅VD − 2 ⋅vo( )
2 ⋅R1 − R2( ) ⋅vo=
=5k ⋅11k ⋅ 3⋅0,72 − 2 ⋅2( )
2 ⋅5k −11k( ) ⋅2 =
= 50,6 kΩ
Controle automático de ganho
!
Exemplo de projeto de CAG com diodos semicondutores:
R3 = 50 kΩ@VD = 0,72 R3 = 73kΩ@VD = 0,45ou
Controle automático de ganho
Exemplo de projeto de CAG com diodos semicondutores:
!Com R3 = 50 kΩ amplitude não está ok!
✗
Controle automático de ganho
Exemplo de projeto de CAG com diodos semicondutores:
Ajustando R3 = 73 kΩ amplitude está ok!
!
✓
Controle automático de ganho
Exemplo de projeto de CAG com diodos semicondutores:
!
R3 =R1 ⋅R2 ⋅ 3⋅VD − 2 ⋅vo( )
2 ⋅R1 − R2( ) ⋅vo
• Difícil de estimar!
• A corrente no diodo é menor que 1 mA.
v+ = v− = vo ⋅R1
R1 + R2 / /R3=
= 2 ⋅ 5k5k +11k / /73k
= 0,69V
iD = vo − v−R3
= 2 − 0,6973k
= 0,018mA
Próxima aula
Osciladores de relaxação.
www.florianopolis.ifsc.edu.br/petry