¿Qué es un Oscilador?

Un oscilador es un circuito que produce una forma de onda continua, repetida y alterna sin ninguna entrada. Los osciladores básicamente convierten el flujo de corriente unidireccional de una fuente de CC en una forma de onda alterna que es de la frecuencia deseada, según lo decidido por sus componentes de circuito.

El principio básico detrás del funcionamiento de los osciladores se puede entender analizando el comportamiento de un circuito de tanque LC que se muestra en la Figura 1 a continuación, que emplea un inductor L y un condensador C completamente precargado como componentes. Aquí, al principio, el condensador comienza a descargarse a través del inductor, lo que resulta en la conversión de su energía eléctrica en el campo electromagnético, que puede almacenarse en el inductor. Una vez que el condensador se descarga por completo, no habrá flujo de corriente en el circuito.

sin Embargo, por entonces, la almacena campo electromagnético habría generado un back-emf lo que resulta en el flujo de corriente a través del circuito en la misma dirección que la de antes. Este flujo de corriente a través del circuito continúa hasta que el campo electromagnético colapsa, lo que resulta en la conversión inversa de la energía electromagnética en forma eléctrica, lo que hace que el ciclo se repita. Sin embargo, ahora el condensador se habría cargado con la polaridad opuesta, debido a lo cual se obtiene una forma de onda oscilante como salida.

Sin embargo, las oscilaciones que surgen debido a la inter-conversión entre las dos formas de energía no pueden continuar para siempre, ya que estarían sujetas al efecto de pérdida de energía debido a la resistencia del circuito. Como resultado, la amplitud de estas oscilaciones disminuye constantemente hasta convertirse en cero, lo que las hace amortiguadas en la naturaleza.

Esto indica que para obtener las oscilaciones que son continuas y de amplitud constante, se necesita compensar la pérdida de energía. Sin embargo, cabe señalar que la energía suministrada debe controlarse con precisión y debe ser igual a la de la energía perdida para obtener las oscilaciones con amplitud constante.

Esto se debe a que, si la energía suministrada es mayor que la energía perdida, la amplitud de las oscilaciones aumentará (Figura 2a), lo que conducirá a una salida distorsionada; mientras que si la energía suministrada es menor que la energía perdida, la amplitud de las oscilaciones disminuirá (Figura 2b), lo que llevará a oscilaciones insostenibles.

Prácticamente, los osciladores no son más que los circuitos amplificadores que están provistos de una retroalimentación positiva o regenerativa en la que una parte de la señal de salida se Gráfico 3). Aquí el amplificador consiste en un elemento activo de amplificación que puede ser un transistor o un amplificador operativo y la señal en fase retroalimentada es responsable de mantener (sostener) las oscilaciones compensando las pérdidas en el circuito.

Una vez encendida la fuente de alimentación, las oscilaciones se iniciarán en el sistema debido al ruido electrónico presente en él. Esta señal de ruido viaja alrededor del bucle, se amplifica y converge a una onda sinusoidal de una sola frecuencia muy rápidamente. La expresión para la ganancia de bucle cerrado del oscilador que se muestra en la Figura 3 se da como:

Donde A es la ganancia de voltaje del amplificador y β es la ganancia de la red de retroalimentación. Aquí, si Aß > 1, entonces las oscilaciones aumentarán en amplitud (Figura 2a); mientras que si Aß < 1, las oscilaciones se amortiguarán (Figura 2b). Por otro lado, Aß = 1 conduce a las oscilaciones que son de amplitud constante (Figura 2c). En otras palabras, esto indica que si la ganancia del bucle de retroalimentación es pequeña, entonces la oscilación se extingue, mientras que si la ganancia del bucle de retroalimentación es grande, entonces la salida se distorsionará; y solo si la ganancia de retroalimentación es unidad, entonces las oscilaciones serán de amplitud constante que conduce al circuito oscilatorio auto-sostenido.

Tipo de oscilador

Hay muchos tipos de osciladores, pero se pueden clasificar en dos categorías principales: Osciladores Armónicos (también conocidos como Osciladores Lineales) y Osciladores de Relajación.

En un oscilador armónico, el flujo de energía es siempre de los componentes activos a los componentes pasivos y la frecuencia de oscilaciones se decide por la ruta de retroalimentación.

Mientras que en un oscilador de relajación, la energía se intercambia entre los componentes activos y pasivos y la frecuencia de oscilaciones está determinada por las constantes de tiempo de carga y descarga involucradas en el proceso. Además, los osciladores armónicos producen salidas de onda sinusoidal de baja distorsión, mientras que los osciladores de relajación generan formas de onda no sinusoidales (dientes de sierra, triangulares o cuadrados).

Los principales tipos de Osciladores incluyen:

• Puente de Wien Oscilador
• RC Cambio de Fase del Oscilador
• Oscilador Hartley
• Voltaje del Oscilador Controlado
• Oscilador Colpitts
• Clapp Osciladores
• Osciladores de Cristal
• Oscilador Armstrong
• Sintonizado Colector de Oscilador
• Oscilador Gunn
• Cruz-Junto Osciladores
• Anillo de Osciladores
• Dynatron Osciladores
• Meissner Osciladores
• Deseo-Osciladores Electrónicos
• Pierce Osciladores
• Robinson Osciladores
• Tri-tet Osciladores
• Pearson-Anson Osciladores

Osciladores de línea de retardo

• Osciladores Royer
• Osciladores acoplados de electrones
• Osciladores de onda múltiple

Los osciladores también se pueden clasificar en varios tipos dependiendo del parámetro considerado, es decir, en función del mecanismo de retroalimentación, la forma de la forma de onda de salida, etc.. Estos tipos de clasificaciones se han dado a continuación:

1. Clasificación Basada en el Mecanismo de Retroalimentación: Osciladores de Retroalimentación Positiva y Osciladores de Retroalimentación Negativa.
2. Clasificación Basada en la Forma de la forma de Onda de Salida: Osciladores de onda sinusoidal, Osciladores de Onda Cuadrada o Rectangular, Osciladores de barrido (que producen forma de onda de salida de diente de sierra), etc.
3. Clasificación Basada en la Frecuencia de la Señal de Salida: Osciladores de Baja Frecuencia, Osciladores de Audio (cuya frecuencia de salida es de rango de audio), Osciladores de Radiofrecuencia, Osciladores de Alta Frecuencia, Osciladores de Muy Alta Frecuencia, Osciladores de Ultra Alta Frecuencia, etc.
4. Clasificación Basada en el tipo de Control de frecuencia Utilizado: Osciladores RC, Osciladores LC, Osciladores de cristal (que utilizan un cristal de cuarzo para obtener una forma de onda de salida estabilizada en frecuencia), etc.
5. Clasificación Basada en la Naturaleza de la Frecuencia de la Forma de Onda de Salida: Osciladores de Frecuencia Fija y Osciladores de Frecuencia Variable o Sintonizable.

Aplicaciones de osciladores

Los osciladores son una forma barata y fácil de generar una frecuencia específica de una señal. Por ejemplo, un oscilador RC se utiliza para generar una señal de baja Frecuencia, un oscilador LC se utiliza para generar una señal de alta Frecuencia, y un oscilador basado en amplificador operativo se utiliza para generar una frecuencia estable.

La frecuencia de oscilación se puede variar variando el valor del componente con las disposiciones del potenciómetro.

Algunas aplicaciones comunes de los osciladores incluyen:

• Relojes de cuarzo (que utilizan un oscilador de cristal)
• Utilizados en diversos sistemas de audio y vídeo
• Utilizados en diversos dispositivos de radio, TV y otros dispositivos de comunicación
• Utilizados en computadoras, detectores de metales, pistolas paralizantes, inversores, aplicaciones de ultrasonidos y radiofrecuencia.
• Se utiliza para generar pulsos de reloj para microprocesadores y microcontroladores
• Se utiliza en alarmas y zumbidos
• Se utiliza en detectores de metales, pistolas paralizantes, inversores y ultrasonidos
• Se utiliza para operar luces decorativas (por ejemplo, luces danzantes)