Cap3- Osciladores 3.5- Osciladores sinusoidais Tipos de osciladores

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1 ap- Osciladres Tips de sciladres Osciladres sinusidais Sã baseads em filtrs muit selectivs na frequência e amplificadres cm realimentaçã psitiva fraca Têm póls sbre eix imaginári Sã sciladres lineares (sistemas marginalmente estáveis Geram sinais sinusidais cm distrçã harmónica muit pequena (sã s melhres Necessitam de circuits auxiliares para estabilizar amplitude das scilações Têm regimes transitóris indesejáveis que se traduzem na alteraçã da amplitude e da frequência de scilaçã quand se muda de frequência Osciladres de relaxaçã Sã baseads em amplificadres cm frte realimentaçã psitiva, cm estads astáveis e malhas integradras que definem s temps de mudança de estad Geram ndas quadradas e triangulares Nã necessitam de circuits limitadres de amplitude (já têm Nã têm regimes transitóris quand se muda de frequência (sã + rápids a mudar IST Electrónica II, Misés Piedade

2 ap- Osciladres Funcinament ds sciladres sinusidais Osciladr sinusidal Pretende-se ter um sinal de saída sem ter sinal de entrada X i (s 0 Só pssível cm k(j ω O A(j ω O β(j ω O -. ω O frequência de scilaçã. ritéri de Barkausen Para se ter um sciladr sinusidal deve ser: F(jω + T(jω 0 T(jω e φ(jω -80º k ( jω A( jω + A( jω β ( jω 4444 F ( jω + T ( jω Tecnlgias para realizar sciladres sinusidais Osciladres L activs Osciladres activs- derivads de secções biquadráticas Osciladres activs- derivads de filtrs activs-l Osciladres cm ressnadres Mecânics, piezeléctrics, linhas e cavidades ressnantes, etc. IST Electrónica II, Misés Piedade

3 ap- Osciladres Blcs básics de um sciladr sinusidal Filtr ircuit de limitaçã da amplitude da scilaçã Mantém s póls sbre eix imaginári Limitaçã suave Element dependente da ptência d sinal de saída ircuit de AG Limitaçã abrupta Saturaçã de amplificadr ircuits limitadres de amplitude Par definir cm precisã a frequência de scilaçã φaβ(ω deve ser muit selectiva. Os melhres sciladres têm a característica de respsta de fase muit abrupta na frequência de scilaçã φ A β φ Aβ ω scil ω ircuit de cntrl de amplitude Mantém póls sbre eix imaginári Tenta minimizar θ Mantém amplitude das scilações ω ω ircuit de cntrl de amplitude Quand amplitude de cresce baixa ganh, reduzind a de realimentaçã Quand amplitude de decresce aumenta ganh IST Electrónica II, Misés Piedade

4 ap- Osciladres ntrl da amplitude das scilações Póls sbre eix imaginári ndições de scilaçã k +( / ircuit de cntrl de amplitude º dimensinar ganh > k Se amplitude V decresce aumenta-se ganh Se amplitude V cresce diminui-se ganh Mantém amplitude das scilações Ideal Díds só intervêm para amplitudes grandes reduzind. V cresce Lâmpada aquece esistência da lâmpada aumenta (ceficiente temperatura psitiv Baixar ganh e V O Termistência aquece Baixa valr de ntc Baixa ganh Baixa amplitude ectificaçã de V Prta negativa fet cresce Baixa amplitude V IST Electrónica II, Misés Piedade 4

5 ap- Osciladres Osciladres baseads em integradres v I χ χ + v a v bn v bx Osciladres baseads em filtrs T ( s T ( s Pnte de Wien sτ Excelente sciladr A β ( s k ks τ + ( sτ f π eduzida distrçã harmónica < 0,00% Frequência cntrlável pr ajuste de u de z p + z p ( s ( s + z s ( s T f π k Limitadr Integradr nã inversr de Deb Ganh k v f +δ v N A NI v P Z s (s Z p (s IST Electrónica II, Misés Piedade 5

6 ap- Osciladres Osciladr basead na secçã de Sallen e Key V y V Osciladr de desvi de fase k V V i ( g s jω, + g + s k. g. g s + g g + ( k. g V ( ( g + g + ( k g 0 jω Vi ( jω ω + gg s ndições de scilaçã ; X z a z b z a V y z b z a V z z b -k V Funcinament: Divisr em escada de reactâncias Z a e Z b prvca desvi de fase e atenuaçã. Numa dada frequência, ω π, a fase vale 80º ; Em ω π a atenuaçã é X(jω π V z (jω π / (jω π Para scilar deve ser k / X(jω π X V z ( s ( s V i ( s z a z a + 5 z b z b + 6 z z a b + IST Electrónica II, Misés Piedade 6

7 ap- Osciladres Osciladr de desvi de fase Z a e Z b /s vem ω O 6/ e k 9 X V y V z -k V Amplificadr inversr + malha de atras de fase de 80º scilaçã -k tem de cmpensar atenuaçã da malha ndições de scilaçã: alcular X(jωV z (jω/ (jω Determinar ω O tal que X(jω Ο -/k T X V y V z -k V Plan s eal - p p eal + eal - Imag (s eal - p eal (s eal + Aumenta-se k até scilar Variaçã da frequência de scilaçã é mais cmplicada que scil. Wien X V y V z -k V IST Electrónica II, Misés Piedade 7

8 ap- Osciladres Osciladres de desvi de fase V a Bm sciladr para frequência fixa I V y f V z A V Supnd que nã há retracçã T ( jω V ( ω ω j f T ( jω V ( a jω 4 + j (ω ω m I fechad, para scilar, deve ser : Anular parte imaginária freq. Oscil. f Osciladres baseads n T dupl ecrrem a T dupl ndiçã da parte real ganh d amplif.. T dupl tem zers sbre eix jw característica de fase altamente selectiva Osciladr cm menr distrçã Usa-se para frequência fixa pis para f variável é difícil variar e / a mesm temp Ver equações de scilaçã através da expressã da funçã de transferência d filtr crrespndente ω f 4 k V / IST Electrónica II, Misés Piedade 8

9 ap- Osciladres Osciladres baseads em filtrs v X. Filtr passa-banda atenua harmónicas. Sinal filtrad é limitad e regenera harmónicas. Sistema aut mantém-se em scilaçã v D v X Limitadr de amplitude da tensã n valr v D f π L π Q v X A L - GI Antniu A V V x ( jω jωτ ( jω jωτ Simulaçã de bbina que cm e Q frmam filtr passabanda IST Electrónica II, Misés Piedade 9

10 ap- Osciladres Osciladres L Usads em F apacidades ds dispsitivs activs pdem ser embebidas ns elements reactivs Estrutura genérica É pssível bter estrutura geral aplicável a dispsitivs activs Mdelads pr uma fnte de crrente cmanda pr tensã. Ii Z Z T V Z ndições de scilaçã Deve existir V mesm cm I i 0 Equações d circuit: Vg Z I i m + Vy + ( V + ( V V V y y + V y ndiçã de scilaçã + Z + Z + g m Z Z X g Sluções pssíveis cm Z e Z simples Z e Z têm de ser puramente reactivas e d mesm tip + X + X 0 Z Z m L v L v L g m v IST Electrónica II, Misés Piedade 0 g m v

11 ap- Osciladres Osciladres L Estruturas pssíveis só cm uma bbina (mais prática Diferem n md cm s elements reactivs icluíds numa malha fechada se interligam cm TJB L L ch +V OLLPIT S +V LAPP L +V + PIEE L +V L Osciladr cntrlad pr tensã, um did varicap faz de cndensadr variável ΜΩ + IST Electrónica II, Misés Piedade

12 ap- Osciladres Osciladres sinusidais cm ressnadres electrmecânics essnadres pdem ser baseads em mecanisms de interacçã electrmecânica: Pr efeit piezelectric u pr efeit magnetestritiv Ef. Piezlectric, existe em alguns cristais dieléctrics naturais u em cerâmicas artificiais: Frça sbre material defrma- dimensinalmente rigina carga eléctrica e, reciprcamente Tensã aplicada sbre material rigina carga eléctrica rigina alteraçã dimensinal d material Ef. Magnetestritiv, existe em váris materiais magnétics u ligas de ferr e níquel : Frça sbre material defrma- dimensinalmente rigina alteraçã de camp magnétic prprcinal e, reciprcamente amp magnétic aplicad sbre material rigina rigina alteraçã dimensinal d material essnadr piezeléctric Um cndensadr P de material piezeléctric, em frma de disc, cm electrds metalizads sbre as faces d disc, se fr excitad cm uma tensã sinusidal gera ndas snras n seu interir cm a mesma frequência d sinal eléctric. Estas ndas armazenadas n seu interir pdem entrar em ressnância mecânica e devid à reciprcidade d efeit pdem gerar tensões n cndensadr que estã em psiçã de fase cm sinal eléctric aplicad que rigina um curt circuit (ressnância série, que é um md de vibraçã d cristal IST Electrónica II, Misés Piedade

13 ap- Osciladres Mdel de ressnadr O ressnadr só é inductiv entre ω s e ω p. Utiliza-se cm bbina ns filtrs L. A bbina tem alt Q. Parâmetrs de cristais f S khz S kω 5 0,50 L H 7 0,785 S pf 0,05 0,005 P pf,5,95 f A v I v I f Z( ω /ω º md essnâncias de um ressnadr inductiv º md S capacitiv capacitiv ω s ω p ω s ω p ω ω S p XTAL Mdel de um md de ressnância Mdel de um md; devid a p apresenta também ressnância paralel L P S S L ( f plariza inversr a ½ da característica de transferência, funcinand cm amplificadr cm ganh A. ristal funcina cm bbina e circuit scilará entre ω s e ω p que estã separadas de pucs khz. Alta precisã de frequência L S S série P IST Electrónica II, Misés Piedade