Circuitos Osciladores

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1 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Circuitos de Comunicação Circuitos Osciladores il Pinheiro UERJ/FEN/ETEL

2 Tipos de Osciladores 2. Osciladores Osciladores a componentes discretos Baixa Freqüência (RC) Alta Freqüência e Freqüência Variável (LC) Alta Freqüência e Freqüência Fixa (a cristal) UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Colpitts Hartley Outros (Clapp,...) Colpitts Hartley Pierce Outros (Clapp,...)

3 x e (s) Entrada Observações: x e : sinal de entrada x er : sinal de erro x r : sinal de realimentação x s : sinal de saída Teoria básica de sistemas realimentados Linearizar o sistema Calcular as transformadas de Laplace x er (s) x r (s) (s) Amplificador H(s) Rede de realimentação (s): função de transferência do estágio amplificador H(s): função de transferência da rede de realimentação x s (s) aída UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

4 eterminação da Função de Transferência x e (s) Entrada Malha aberta (s) = x s(s) x er (s) x er (s) x r (s) (s) Planta H(s) Rede de de realimentación realimentação Malha fechada x s (s) = x e (s) x s (s) alida (s) 1 (s) H(s) UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

5 x e (s) Entrada (s) Planta H(s) Red de realimentación Casos Particulares x s (s) alida x s (s) = x e (s) (s) Realimentação negativa 1 (s) H(s) > 1 Alto ganho de malha x s (s)/x e (s) = 1/H(s) Realimentação positiva 1 (s) H(s) < 1 Oscilação 1 (s) H(s) = 0 ituação indesejada em servosistemas ituação desejada em osciladores 1 (s) H(s) UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

6 x s (s) (s) = x e (s) 1 (s) H(s) 1 Caso de Oscilação 1 (s) H(s) = 0 x s (s)/x e (s) e gera X s mesmo que não haja X Quando está oscilando: e (s) H(s) = 1 (s) Planta H(s) Red de realimentación x e (s) x s (s) alida (s) Rede de de realimentación realimentação x s (s) Entrada Amplificador Planta aída H(s) (s) H(s) = 180º Portanto: (jω osc ) H(jω osc ) = 1 (jω osc ) H(jω osc ) = 180º UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

7 Em oscilação: (jω osc ) H(jω osc ) = 1 (jω osc ) H(jω osc ) = 180º O que é necessário para iniciar oscilação? x e (jω osc ) x e (jω osc ) (jω osc ) H(jω osc ) Condição de Oscilação Entrada 1 (jω osc ) Planta H(jω osc ) Rede de de realimentación realimentação (jω osc ) Amplificador Planta H(jω osc ) Rede de de realimentación realimentação aída aída UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

8 e x e (jω osc ) (jω osc ) H(jω osc ) > x e (jω osc ) (implica em (jω osc ) H(jω osc ) > 1) quando a defasagem é de 180º, então podemos fazer com que a saída do laço de realimentação tenha as funções da magnitude de entrada Condição de Oscilação x e (jω osc ) Entrada x e (jω osc ) (jω osc ) H(jω osc ) (jω osc ) Planta Planta H(jω osc ) Red de realimentación (jω osc ) H(jω osc ) Rede de de realimentación realimentação alida aída UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

9 Condição de Oscilação e fato, se (jω osc ) H(jω osc ) > 1 quando a defasagem é 180º, as magnitudes começarão a crescer constantemente (jω osc ) Planta H(jω osc ) Rede de de realimentación realimentação aída Existe um limite para este crescimento? Evidentemente sim, por razões energéticas (ex.: tensão de alimentação) há limites. Adicionalmente, os dispositivos eletrônicos não são lineares, o ganho diminui com a amplitude. Ou então, o sistema poderia se autodestruir com o crescimento da amplitude de saída UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

10 (jω osc ) Planta H(jω osc ) Rede de de realimentación realimentação Condição de Oscilação aída pm (jω osc ) H(jω osc ) > 1 Observações: pm (s): função de transferência de pequena magnitude gm (s): função de transferência de grande magnitude gm (jω osc ) H(jω osc ) = 1 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

11 Condição de Oscilação x e (jω osc ) Entrada x e (jω osc ) (jω osc ) H(jω osc ) (jω osc ) Planta H(jω osc ) Rede de de realimentación realimentação aída e (jω osc ) H(jω osc ) < 1, quando a defasagem é de 180º, então a oscilação se extinguirá (jω osc ) Planta H(jω osc ) Rede de de realimentación realimentação aída UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

12 Critério de Nyquist Para que a oscilação se inicie: eve existir uma ω osc (jω osc ) H(jω osc ) = 180º Condição de Oscilação na qual se cumpre Nessa ω osc deve ser obedecido (jω osc ) H(jω osc ) > 1 Quando a oscilação se estabiliza: (jω osc ) Amplificador Planta H(jω osc ) Rede de de realimentación realimentação iminuir a (jω osc ) até que (jω osc ) H(jω osc ) = 1, quando (jω osc ) H(jω osc ) = 180º 1 aída UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

13 Condição de Oscilação Análise com iagramas de Bode Para que comece a oscilar 1 (jω osc ) Amplificador Planta H(jω osc ) Rede de de realimentación realimentação aída (jω) H(jω) [db] Oscilará (jω) H(jω) [º] ω osc UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

14 Condição de Oscilação Quando já oscila Para que não oscile (jω) H(jω) [db] (jω) H(jω) [º] 0 60 ω osc (jω) H(jω) [db] Não oscilará (jω) H(jω) [º] 0 60 ω osc UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

15 Condição de Oscilação em Osciladores Oscilador Para que a oscilação inicie: Quando já oscila: (jω osc ) Amplificador Planta H(jω osc )) Rede de realimentação aída Existência de ω osc tal que A(jω osc ) β(jω osc ) = 0º Em ω osc deve se cumprir A(jω osc ) β(jω osc ) > 1 A(jω osc ) β(jω osc ) = 1 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

16 Tipos de Osciladores BJT, JFET, MOFET, Amp. Integrados, etc. A(jω) Amplificador β(jω) Rede pasiva passiva aída Rede RC freqüências baixas (fixas e variáveis) Rede LC freqüências elevadas (fixas e variáveis) ispositivo piezelétrico freqüências elevadas (fixas e muito estáveis) Linhas de transmissão freqüências muito elevadas UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

17 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Osciladores LC com três elementos reativos v gs R s A(jω) Amplificador β(jω) g v gs Red pasiva FET Z 2 Z 1 Z 3 Z 3 Z 1 alida

18 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Osciladores LC com três elementos reativos v e v gs g v gs R s Z 2 Z 1 v sr Z 3 v er v s

19 Osciladores LC com três elementos reativos v e R s v gs g v gs v sr Portanto: Z 2 Z 3 v sr = g R s Z 1 v er Z 1 Z 3 Z 1 Z 2 Z 3 v s R s Z 1 (Z 2 Z 3 ) Z 1 Z 2 Z 3 v e v s = g Z 3 v sr = v er Z 2 Z 3 v er = v s R s Z1 (Z 2 Z 3 ) Z 1 Z 2 Z 3 R s Z 1 (Z 2 Z 3 ) Z 1 Z 2 Z 3 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro v e

20 Osciladores LC com três elementos reativos R s Z 1 Z 3 Em outra forma: v sr = g v e R s (Z 1 Z 2 Z 3 )Z 1 (Z 2 Z 3 ) Portanto: v e R s v gs g v gs v sr Z 2 Z 3 Z 1 A β = v sr /v e = g v er v s R s Z 1 Z 3 R s (Z 1 Z 2 Z 3 )Z 1 (Z 2 Z 3 ) Como utilizamos apenas indutores e capacitores: Z 1 = j X 1 Z 2 = j X 2 Z 3 = j X 3 Portanto: R s X 1 X 3 A β = g j R s (X 1 X 2 X 3 )X 1 (X 2 X 3 ) UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

21 Para o circuito oscilar, deve ser atendido: Existe ω osc tal que A(jω osc ) β(jω osc ) = 0º (valor REAL) A ω osc se cumple A(jω osc ) β(jω osc ) > 1 Portanto: Como: X 1 (ω osc )X 2 (ω osc )X 3 (ω osc ) = 0, os três elementos reativos não podem ser do mesmo tipo. evem haver dois indutores e um condensador ou dois condensadores e um indutor Logo: Osciladores LC com três elementos reativos A(jω osc ) β(jω osc ) = g A(jω osc ) β(jω osc ) = g E como: X 2 (ω osc )X 3 (ω osc ) = X 1 (ω osc ), R s X 1 X 3 j R s (X 1 X 2 X 3 )X 1 (X 2 X 3 ) = 0 R s X 3 (ω osc ) X 2 (ω osc )X 3 (ω osc ) UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

22 queda: Osciladores LC com três elementos reativos R s X 3 (ω osc ) A(jω osc ) β(jω osc ) = g X 1 (ω osc ) Como: A(jω osc ) β(jω osc ) = 0º, sendo POITIVO, X 3 e X 1 devem ser do mesmo tipo (dois indutores ou dois capacitores) Z 2 Z 1 Z 3 Z 1 Z 3 Z 2 Z 1 Z 3 Z 2 Z 1 Z 3 Z 1 Z 3 Z 1 Z 3 Hartley Colpitts UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

23 Osciladores LC com três elementos reativos Para que o circuito oscile, deve ser satisfeito: A(jω osc ) β(jω osc ) > 1, então: X 2 = 1/ωC 2 X 1 =ωl 1 X 3 =ωl 3 X 3 = 1/ωC 3 Hartley Colpitts R s X 3 (ω osc ) g > 1 X 1 (ω osc ) R g s L 3 > 1 X 2 =ωl 2 X 1 = 1/ωC 1 R g s C 1 > 1 L 1 C 3 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

24 Osciladores LC com três elementos reativos A freqüência de oscilação é calculada a partir da condição: X 1 (ω osc )X 2 (ω osc )X 3 (ω osc ) = 0 X 2 = 1/ωC 2 X 1 =ωl 1 X 3 =ωl 3 Hartley X 2 =ωl 2 X 1 = 1/ωC 1 X 3 = 1/ωC 3 Colpitts f osc = f osc = 1 2π (L 1 L 3 )C 2 2π 1 C 1 C3 L 2 C 1 C 3 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

25 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Hartley Colpitts Resumo v gs g v gs R s C 2 L 1 L 3 v gs g v gs R s L 2 C 1 C 3 g R s L 3 > 1 L 1 f osc = 1 2π (L 1 L 3 )C 2 1 2π 3 L2 C 1 C 3 R g s C 1 > 1 C 3 f osc = C 1 C

26 Realização prática de um Colpitts em supridouro comum v gs C 3 * g v gs L 2 C 1 R s v s osc * L 2 C 1 C 3 V cc V cc L CH L CH C C C C C 1 C 3 L 2 v s osc v s osc UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

27 Realização prática de um Colpitts em porta comum v gs C 3 g v gs L 2 C 1 R s v s osc V cc L CH L 2 C 1 V cc * C 3 C 3 * L 2 C C 1 v s osc v s osc UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

28 Realização prática de um Colpitts em dreno comum v gs C 3 * g v gs R s L 2 C 1 v s osc V cc L CH C 3 L C 3 2 * L 2 C 1 V cc C C L CH 1 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro v s osc v s osc

29 Realização prática de um Hartley em supridouro comum v gs g v gs C 2 L 1 R s L 3 C V cc L CH v s osc C 2 L 3 C V cc L 1 C v s osc UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

30 Realização prática de um Hartley em porta comum v gs g v gs R s L 3 L CH v s osc C 2 L 1 V cc L CH C 1 L 1 V cc C L 2 3 C M C 2 v s osc UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

31 Realização prática de um Hartley em dreno comum v gs g v gs C 2 L 1 R s L 3 V cc L CH v s osc C C 2 V cc L 3 L 1 C M C UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro v s osc

32 Osciladores LC com mais de três elementos reativos: O oscilador de Clapp v gs C 2 C 3 g v gs L 2 C 1 R s C 2 f osc = Condição de oscilação: R g s C 1 > 1 C 3 2π 1 C 2 não influi na condição A(jω osc ) β(jω osc ) > 1 C 1 C 2 C 3 L C 1 C 2 C 1 C 3 C 2 2 C 3 C 2 influi na freqüência de oscilação, principalmente se C 2 << C 1,C 3 Muito usado na construção de osciladores de freqüência variável UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

33 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Osciladores LC com mais de três elementos reativos: O oscilador de Clapp R Realização prática em dreno comum L 2 C 2 C 3 V cc C C L CH 1 R 1 v s osc

34 Osciladores de freqüência variável evese variar um dos elementos reativos da rede de realimentação (L ou C) 1 ω = Tipos: L C Controle manual Controlado por tensão (Voltage Controlled Oscillator, VCO) Controle manual de freqüência Usando um capacitor variável UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

35 R L 2 C 2 C 3 V cc C C L CH 1 R 1 Clapp (Colpitts sintonizado em série) em dreno comum f osc = 2π Osciladores de freqüência variável Condições de oscilação: 1 v s osc C 1 C 2 C 3 L C 1 C 2 C 1 C 3 C 2 2 C 3 C 2 L 2 C 3 C 2 C 3 V cc C C L CH 1 R 1 Colpitts sintonizado em paralelo em dreno comum R g s C 1 > 1 C 3 f osc = 2π (comum) 1 v s osc C 1 C 3 ( C C 1 C 2 ) L 2 3 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

36 Osciladores Controlados por Tensão (VCOs) v CF R R CF Osciladores de freqüência variável e baseiam no uso de diodos varicap (também chamados varactores ) L 2 C 2 C 21 C 3 C 22 C 1 V cc L CH R 1 C v s osc UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

37 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro ados de Fabricante de iodo Varicap (BB131)

38 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro ados de Fabricante de iodo Varicap (BB131)

39 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Osciladores de freqüência muito estáveis e baseiam no uso de cristais de quartzo (ou outros materiais piezelétricos) ímbolo: Interior do dispositivo: Aspecto externo: Placa metálica Cristal Invólucro Terminais

40 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Cristais piezelétricos Circuito equivalente de um cristal piezelétrico R 1 R 2 L 1 L 3 CO L 2 R 3 C 1 C 2 C 3

41 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro R 1 R 2 R Z(f) 3 L 1 L 2 L 3 CO C 1 C 2 C 3 Cristais piezelétricos Im(Z(f)) [kω] Comportamento indutivo Comportamento capacitivo f 1 f 2

42 Modelo simplificado (em torno de uma das freqüências onde se produz comportamento indutivo) R L C C O Cristais piezelétricos 0 Exemplo: cristal de µp de 10 MHz R = 20 Ω C = 0,017 pf Z(f) L = 15 mh C O = 3,5 pf X L (10 MHz)= 2π = 942 kω Im(Z) [MΩ] Hz 1 10, ,024 10,0244 f [MHz] UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

43 Em outra escala Im(Z) [kω] Cristais piezelétricos R = 20 Ω 10 10,01 10,02 10,03 f [MHz] Exemplo: cristal de µp de 10 MHz L = 15 mh Margem de comportamento indutivo 25 khz f s = f 1 f p = f 2 C = 0,017 pf C O = 3,5 pf R L C C O UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

44 L C C O Calculando a impedância do modelo do cristal 1 1 (L s ) C O s C s 1 (L C s 2 1) Z(s) = = 1 1 C P s (L C L s s 2 1) C O s C s sendo: sendo: Cristais piezelétricos C C O C = CC O Análise CA: s = jω ω 1 = 1 L C C P = CC O j Z(jω) = (1 L C ω2 ) j(ω = (1 (ω/ω 1 /ω 2 ) 2 1 )2 C P ω (1 L C ω 2 ) C O ω (1 (ω/ω 2 ) 2 ω 2 = 1 L C UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

45 L C C O e ω < ω 1 : Cristais piezelétricos j(ω Z(jω) = (1 (ω/ω 1 /ω 2 ) 2 1 )2 C O ω (1 (ω/ω 2 ) 2 ω 1 = Como C < C, então: ω 2 > ω 1 1 L C ω 2 = Z(jω) = j (quantidade positiva) < 0, cristal possui comportamento capacitivo e ω 1 < ω < ω 2 : Z(jω) = j (quantidade negativa) > 0, cristal possui comportamento indutivo e ω 2 < ω: Z(jω) = j (quantidade positiva) < 0, cristal possui comportamento capacitivo Cristal opera no modo indutivo apenas em: ω 1 < ω < ω 2 1 L C UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

46 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro L C C O 0 Resumo: X(ω) Cristais piezelétricos ω 1 = 1 L C Z(jω) = jx(ω) Comportamento capacitivo C = Comp. indutivo ω 1 ω 2 C C O CC O ω 2 = 1 L C (ω X(ω) = (1 (ω/ω 1 /ω 2 ) 2 1 )2 C O ω (1 (ω/ω 2 ) 2

47 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro ados de Fabricante de Cristais Piezelétricos

48 R Osciladores a cristal e baseiam no emprego de uma rede de realimentação que inclui um dispositivo piezelétrico (tipicamente um cristal piezelétrico). Tipos: Baseados na substituição de um indutor por um cristal piezelétrico num oscilador clássico (Colpitts, Clapp, Hartley, etc.) O cristal trabalha na região indutiva Cristal opera no modo de ressonância serie Baseados na substituição de um indutor por um cristal L 2 C 2 C 3 V cc C C L CH 1 R 1 v s osc R Xtal C 3 V cc C C L CH 1 R 1 v s osc UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

49 R Osciladores baseados na substituição de um indutor por um cristal Xtal C 3 Cristal de 10 MHz V cc C C L CH 1 R 1 L = 15 mh R = 20 Ω C = 0,017 pf C O = 3,5 pf v s osc (X C1 (ω)x C3 (ω)), X Xtal (ω) [Ω] Condições de oscilação: R g s C 1 > 1 (não depende do cristal) raficamente: C 3 Cálculo da freqüência de oscilação: X C1 (ω osc )X C3 (ω osc )X Xtal (ω osc ) = 0 X Xtal (ω) C 1 = C 3 = 50pF C 1 = C 3 = 100pF C 1 = C 3 = 500pF f [MHz] 10 10,002 10,004 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

50 Osciladores baseados na substituição de um indutor por um cristal Analiticamente: X C1 (ω osc )X C3 (ω osc )X Xtal (ω osc ) = 0 (ω X Xtal (ω osc ) = (1 (ω osc /ω 1 /ω 2 ) 2 1 )2 C O ω osc (1 (ω osc /ω 2 ) X C1 (ω osc ) X C3 (ω osc ) = C 1 ω osc C 3 ω osc Reescrevendo em função de ω osc : Notese que ω 1 < ω osc < ω 2 e que: ω osc = ω 1 1 ω 2 = ω 1 1 C C 1 C 3 C O C 1 C 3 C C O UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

51 Osciladores baseados na substituição de um indutor por um cristal Ajuste da freqüência de oscilação: modificar o valor de C O externamente colocando um condensador C ext em paralelo com o cristal ω osc = ω (X C1 X C3 ) C 1 C 3 C 1 = C 3 = 50pF C C 1 C 3 C O C ext X Xtal, (X C1 X C3 ) [Ω] C ext = 15pF 0pF 10pF 9, ,001 10,002 10,003 f [MHz] 5pF x Xtal R C 3 C C 3 ext Xtal 10 MHz C L CH 1 f osc (C ext = 0pF) = ,9622 khz f osc (C ext = 5pF) = ,5201 khz f osc (C ext = 10pF) = ,1929 khz f osc (C ext = 15pF) = ,9408 khz V cc R 1 C UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro v s osc

52 v e v sr Osciladores baseados no uso de cristal piezelétrico em ressonância serie v R gs s R 1 Xtal Neste caso: g v gs v er v s v e v sr v R gs s R 1 C O g v gs L C v er Z Xtal = jx xtal R s R 1 A(jω) β(jω) = g jx Xtal R 1 R v s UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

53 v e v sr Osciladores baseados no uso de cristal piezelétrico em ressonância serie v R gs s R 1 Xtal g v gs jx xtal v er v s Em oscilação: X Xta = 0 já que A(jω osc ) β(jω osc ) = 0º 0 > (R 1 R )/(R 1 R ) > g já que A(jω osc ) β(jω osc ) > 1 Amplificador con g > 0 R s v e R 1 Xtal g v e v s UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

54 L 2 Conexão da carga a um oscilador C 3 V cc C 1 L CH R 1 C v s osc R L C L C L influi a freqüência de oscilação e R L influi no ganho do transistor eve se conectar etapas que isolem o oscilador da carga. Carga UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

55 L 2 C 3 Conexão da carga a um oscilador V cc C 1 L CH R 1 C R 2 R 3 Etapa em colector comum para minimizar a influência da carga do oscilador. C E v s osc R L Carga C L UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

56 B Neste caso: Logo: i b Osciladores com transistores bipolares R e Z 2 Z 3 E β i b C Z 1 O estudo e os resultados são praticamente idênticos aos obtidos com transistores de efeito de campo Z 1 = j X 1 Z 2 = j X 2 Z 3 = j X 3 X 3 X 1 A(jω osc ) β(jω osc ) = β j R e (X 1 X 2 X 3 )X 3 (X 1 X 2 ) = 0 X 1 (ω osc ) A(jω osc ) β(jω osc ) = β X 3 (ω osc ) UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

57 Osciladores com transistores bipolares Como: A(jω osc ) β(jω osc ) = 0º (ou seja, POITIVO), X 1 e X 3 devem ser do mesmo tipo (dois indutores ou dois condensadores). Como para que o circuito oscile A(jω osc ) β(jω osc ) > 1, então: L 2 C B C 3 V cc R 1 R 3 L CH C E1 C 1 R 2 R 4 C E2 v s osc X 1 (ω osc ) β > 1 X 3 (ω osc ) Oscilador Colpitts em coletor comum com transistor bipolar seguidor de tensão UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

58 Circuitos para limitar automaticamente o ganho do transistor (exemplo com JFET) R 1 Resistência de polarização do FET (na partida) C 2 C 3 V cc L 2 C 1 L CH C iodo para polarizar negativamente a porta () em relação ao supridouro () v s osc Num oscilador ideal, além da estabilidade em freqüência, é necessária a estabilidade em amplitude. Menor distorção em amplitude resulta em maior pureza harmônica do sinal de saída do oscilador. UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

59 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Circuitos para limitar automaticamente o ganho do transistor (exemplo com JFET) C 2 C 3 R ds 1 i ds L 2 C 1 R C 2 C 3 1 L 2 C 1 Circuito equivalente R L CH i ds R L CH R L CH Thévenin

60 Circuitos para limitar automaticamente o ganho do transistor (exemplo com JFET) Corrente desprezível (resistência elevada) R C 2 C 3 1 L 2 C 1 Logo: a corrente media no diodo deve ser nula. Para isso, C 3 deve carregarse de tal modo que o diodo não conduza. R L CH Corrente média nula (condensadores) v O Tensão média nula (indutor) UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

61 0 0 0 Circuitos para limitar automaticamente o ganho do transistor (exemplo com JFET) R 1 C 3 v C 2 L 2 C 1 v C1 v C3 nivel de cc v nivel de cc v C3 v C1 i R L CH v O i = 0 (ressonância) v C1 v O (Z LCH >> R ) v C3 = v C1 C 1 /C 3 nível de cc v = v C1 v C3 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

62 0 0 Circuitos para limitar automaticamente o ganho do transistor (exemplo com JFET) R 1 C 3 v C3 v v nivel de cc nivel de cc C 2 L 2 C 1 v C3 v C1 i=0 R L CH v O v C3 (=v ) possui um nível de cc negativo, proporcional ao nível do sinal, gerando a polarização negativa na porta com respeito ao supridouro. O que leva a redução do ganho do JFET ao aumentar a amplitude do sinal. UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

63 Condensadores adequados para osciladores de alta freqüência evem ser utilizados condensadores fixos, cuja capacitância varie muito pouco com as condições de operação e de baixas perdas (temperatura, tensão, freqüência, etc.). Exemplos: Condensadores cerâmicos NP0 Condensadores a ar (os variáveis) Condensadores de mica prateada Condensadores de plástico tyroflex (de poliestireno) Cerâmicos NP0 Mica tyroflex. UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro

64 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Exemplos de esquemas de osciladores (ARRL Handbook 2001)

65 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Hartley Exemplos de esquemas de osciladores (ARRL Handbook 2001) iodo para polarizar negativamente a porta Alimentação estabilizada eparador baseado em MOFET de porta dupla Transformador para adaptação de impedâncias

66 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Colpitts Exemplo de esquema de oscilador (

67 UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro Exemplos de esquemas de osciladores

68 Parâmetros Característicos de Osciladores Faixa de freqüência Estabilidade Aumenta com o fator de qualidade (fator Q ) da rede de realimentação Potência (absoluta de saída sobre 50Ω ) e rendimento (Potência de sinal / potência de alimentação) Nível de harmônicos e espúrios potências relativas de um ou vários harmônicos com relação a fundamental. Pulling, ou estabilidade com variação de carga uso de etapas separadoras (isoladoras) Pushing, ou variação com a tensão de alimentação uso de estabilizadores de tensão (diodos zeners, 78LXX, etc.). eriva com a temperatura Utilizar condensadores NP0, de mica, etc. Espectro de ruído e deve fundamentalmente a ruído de fase, usar componentes de maior qualidade e estabilidade (L, C, cristal) UERJ Circuitos de Comunicação Prof. il Pinheiro