Tecnologia em Automação Industrial 2016 ELETRÔNICA II
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- Aurélia Castilho Vilaverde
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1 Tecnologia em Automação Industrial 2016 ELETRÔNICA II Aula 18 Osciladores Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino
2 OSCILADORES Oscilador eletrônico: circuito eletrônico que produz um sinal eletrônico repetitivo e forma padronizada. Tem a função de produzir um sinal alternado a partir de uma fonte de alimentação contínua. Sinal senoidal, onda quadrada, triangular, etc...
3 OSCILADORES: aplicações Sistemas que exigem sinais padronizados: Computadores e sistemas de controle, nos quais os pulsos do relógio são necessários para, entre outras coisas, temporização; Sistemas de comunicação, nos quais os sinais, com uma variedade de formas de ondas, são usados como portadores de informações; Sistemas de teste e medição, nos quais os sinais, com uma variedade de formas de ondas, são empregados para teste e caracterização dos dispositivos e circuitos eletrônicos.
4 OSCILADORES Basicamente existem dois tipos de osciladores: Osciladores harmônicos: produzem sinais senoidais Oscilador em ponte de Wien Oscilador de Armstrong Oscilador de Colpitts Oscilador de Hartley Etc Osciladores de relaxação: produzem sinais não senoidais Gerador de onda dente de serra Multivibrador astável Oscilador com UJT
5 OSCILADORES Geração de senóides: Primeiro método: Osciladores Lineares: Emprega uma malha de realimentação positiva, consistindo em um amplificador e uma malha seletiva em frequência, função em LC ou RC. A amplitude de onda senoidal gerada é limitada ou determinada usando-se um mecanismo não-linear, implementado por um circuito separado ou usando as não-linearidades dos próprios dispositivos de amplificação. Apesar disso, esses circuitos, que geram ondas senoidais utilizando o fenômeno da ressonância, são conhecidos como osciladores lineares. Segundo método: Uma onda senoidal é obtida modelando-se apropriadamente uma onda triangular. Geração de não senóides (quadradas, triangular, pulso, etc): Oscilador não linear ou gerador de função: Empregam blocos de circuitos conhecidos como multivibradores (de três tipos: biestável, astável e monoestável) Circuitos multivibradores podem empregar amp ops (utilizados em aplicações analógicas de precisão) e portas lógicas digitais.
6 OPERAÇÃO DO OSCILADOR O sinal de realimentação deve ser positivo. O ganho geral deve ser igual a um (unidade) para que a saída permaneça estável. Se o sinal de realimentação não é positivo ou o ganho é menor do que um, o oscilador atenua. Se o ganho geral é maior do que um, o oscilador, geralmente, fica saturado.
7 OSCILADOR EM PONTE DE WIEN Sinal senoidal É o mais popular dentre os osciladores harmônicos, pois apresenta ótima performance e uma saída senoidal praticamente perfeita. Neste oscilador, temos um elemento ativo (válvula, transistor ou circuito integrado) e uma rede de realimentação formada por dois resistores e dois capacitores. O amplificador deve fornecer ganho suficiente para compensar perdas. O ganho geral deve ser unitário. Geram sinais senoidais de baixas frequências, até alguns megaherts.
8 A frequência de balanceamento (f o ) da ponte é, também, a frequência de oscilação do circuito.
9 Realimentação negativa: faz o controle ou limitação de amplitude do sinal de saída. A limitação é importante, pois, caso contrário, ao ser dada a partida do oscilador, a realimentação positiva faria com que a sua saída atingisse a saturação, distorcendo o sinal senoidal desejado.
10 OSCILADOR DE DESLOCAMENTO DE FASE Sinal senoidal O amplificador deve alimentar ganho suficiente para compensar perdas. O ganho geral deve ser unitário. Composto por elementos ativos (amplificadores) como transistores ou válvulas além de uma rede de realimentação. O circuito RC fornece o deslocamento de fase necessário para uma realimentação positiva. Cada par RC é responsável por um deslocamento de fase de 60 graus no sinal, assim, com três pares RC, o deslocamento de fase é de 180 graus. Obtemos uma inversão de fase, fator fundamental para manter as oscilações. Os valores dos componentes RC também determinam a frequência de oscilação. Os sinais gerados são senoidais numa faixa de frequência que vai de alguns hertz até algumas dezenas de quilohertz. Utilizado na geração de sinais de áudio e efeitos em pedais, sirenes e outras aplicações semelhantes.
11 OSCILADOR HARTLEY Sinal senoidal Nos osciladores Hartley existem elementos ativos (amplificadores) como transistores ou válvulas além de uma rede de realimentação. A bobina L e o capacitor C determinam a frequência de operação do oscilador. A bobina tem uma derivação: de um lado ela serve de carga e do outro ela fornece um sinal de realimentação defasado de 180 graus. A frequência de operação pode variar entre algumas dezenas de Hertz até mais de 30MHz.
12 OSCILADOR COLPITTS Sinal senoidal Nos osciladores Colpitts existem elementos ativos (amplificadores) como transistores ou válvulas além de uma rede de realimentação. A realimentação é obtida através de um divisor capacitivo. A frequência de operação é determinada pela bobina e o circuito capacitivo em paralelo. A frequência pode variar em algumas centenas de Hertz até mais de 30 MHz.
13 OSCILADOR DE CLAPP Sinal senoidal O oscilador Clapp nada mais é do que uma variação do oscilador de Colpitts em que o circuito de sintonia é do tipo LC série e não paralelo. Neste circuito não existe carga do indutor o que resulta num elevado fator de qualidade (Q). Esta configuração é muito utilizada em VFO (Variable Frequency Oscillators ou Osciladores de Frequência variável) de instrumentos como geradores de sinais e transmissores pela sua capacidade de cobrir uma ampla faixa e pela estabilidade.
14 OSCILADORES A CRISTAL O cristal aparece como um circuito ressonante. Oscilador de cristal é um componente eletrônico que gera um sinal elétrico em uma frequência específica, através das propriedades piezoelétricas do cristal. O tipo mais comum é o cristal de quartzo. Um cristal de quartzo utiliza uma combinação dos efeitos de piezoeletricidade direta e inversa para gerar uma série regular de impulsos elétricos cronometrado, que marcam o tempo. O cristal de quartzo tem uma frequência natural definida com precisão (devido a sua forma e tamanho), e este é utilizado para estabilizar a frequência de uma tensão elétrica periódica aplicada ao cristal. Muito aplicado em relógios, transmissores e receptores de rádio e em computadores onde ele cria um pulso de clock.
15 Gerador de seno em baixa frequência Op Amp Circuit Collection: National Semicondutor, Application note 31, Setptember
16 Gerador de seno em altafrequência
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19 Following are URLs where you can obtain information on other Texas Instruments products and application solutions: Products Applications Audio Communications and Telecom Amplifiers amplifier.ti.com Computers and Peripherals Data Converters dataconverter.ti.com Consumer Electronics DLP Products Energy and Lighting DSP dsp.ti.com Industrial Clocks and Timers Medical Interface interface.ti.com Security Logic logic.ti.com Space, Avionics and Defense Power Mgmt power.ti.com Transportation and Automotive Microcontrollers microcontroller.ti.com Video and Imaging RFID OMAP Mobile Processors Wireless Connectivity TI E2E Community Home Page e2e.ti.com
20 BIBLIOGRAFIA BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. 11ª ed. São Paulo: Pearson Prentice-Hall do Brasil, PERTENCE JR, A. Amplificadores operacionais e filtros ativos. 8ª ed. Porto Alegre: Bookman, SEDRA, A.S.; SMITH, K.C. Microeletrônica. 4ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books, MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 1. São Paulo: Mcgraw Hill, MALVINO, A,. BATES, D.J. Eletrônica. V. 2. São Paulo: Mcgraw Hill,
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