Che cos’è un oscillatore?

Un oscillatore è un circuito che produce una forma d’onda continua, ripetuta, alternata senza alcun ingresso. Gli oscillatori fondamentalmente convertono il flusso di corrente unidirezionale da una sorgente CC in una forma d’onda alternata che è della frequenza desiderata, come deciso dai suoi componenti circuitali.

Il principio alla base del funzionamento degli oscillatori può essere compreso analizzando il comportamento di un circuito serbatoio LC mostrato in Figura 1 sotto, che impiega un induttore L e un condensatore C completamente precaricato come suoi componenti. Qui, in un primo momento, il condensatore inizia a scaricare tramite l’induttore, il che si traduce nella conversione della sua energia elettrica nel campo elettromagnetico, che può essere immagazzinato nell’induttore. Una volta che il condensatore si scarica completamente, non ci sarà alcun flusso di corrente nel circuito.

Tuttavia, da allora, la stored campo elettromagnetico avrebbe generato un back-emf che provoca il flusso di corrente attraverso il circuito nella stessa direzione di prima. Questo flusso di corrente attraverso il circuito continua fino a quando il campo elettromagnetico crolla che si traducono nella conversione di energia elettromagnetica in forma elettrica, causando la ripetizione del ciclo. Tuttavia, ora il condensatore avrebbe caricato con la polarità opposta, a causa della quale si ottiene una forma d’onda oscillante come uscita.

Tuttavia, le oscillazioni che sorgono a causa dell’inter-conversione tra le due forme di energia non possono continuare per sempre in quanto sarebbero soggette all’effetto della perdita di energia dovuta alla resistenza del circuito. Di conseguenza, l’ampiezza di queste oscillazioni diminuisce costantemente fino a diventare zero, il che le rende smorzate in natura.

Questo indica che per ottenere le oscillazioni che sono continue e di ampiezza costante, è necessario compensare la perdita di energia. Tuttavia, va notato che l’energia fornita deve essere controllata con precisione e deve essere uguale a quella dell’energia persa per ottenere le oscillazioni con ampiezza costante.

Questo perché, se l’energia fornita è superiore all’energia persa, l’ampiezza delle oscillazioni aumenterà (Figura 2a) portando a un’uscita distorta; mentre se l’energia fornita è inferiore all’energia persa, l’ampiezza delle oscillazioni diminuirà (Figura 2b) portando a oscillazioni insostenibili.

Praticamente, oscillatori sono nulla, ma l’amplificatore circuiti che vengono forniti con un positivo o di rigenerazione e di feedback in cui una parte del segnale di uscita è ricondotto all’ingresso (Figura 3). Qui l’amplificatore è costituito da un elemento attivo di amplificazione che può essere un transistor o un Op-Amp e il segnale in fase retro-alimentato è ritenuto responsabile di mantenere (sostenere) le oscillazioni compensando le perdite nel circuito.

Una volta acceso l’alimentatore, le oscillazioni verranno avviate nel sistema a causa del rumore elettronico presente in esso. Questo segnale di rumore viaggia intorno al ciclo, viene amplificato e converge ad una singola onda sinusoidale di frequenza molto rapidamente. L’espressione per la closed-loop gain dell’oscillatore mostrato in Figura 3 è riportata come:

Dove A è il guadagno di tensione dell’amplificatore e β è il guadagno di retroazione e di rete. Qui, se Aß > 1, le oscillazioni aumenteranno di ampiezza (Figura 2a); mentre se Aß < 1, le oscillazioni saranno smorzate (Figura 2b). D’altra parte, Aß = 1 porta alle oscillazioni che sono di ampiezza costante (Figura 2c). In altre parole, questo indica che se il guadagno del ciclo di feedback è piccolo, allora l’oscillazione muore, mentre se il guadagno del ciclo di feedback è grande, allora l’uscita sarà distorta; e solo se il guadagno del feedback è unità, allora le oscillazioni saranno di ampiezza costante che portano al circuito oscillatorio auto-sostenuto.

Tipo di oscillatore

Esistono molti tipi di oscillatori, ma possono essere classificati in due categorie principali: Oscillatori armonici (noti anche come oscillatori lineari) e oscillatori di rilassamento.

In un oscillatore armonico, il flusso di energia è sempre dai componenti attivi ai componenti passivi e la frequenza delle oscillazioni è decisa dal percorso di retroazione.

Mentre in un oscillatore di rilassamento, l’energia viene scambiata tra i componenti attivi e passivi e la frequenza delle oscillazioni è determinata dalle costanti di tempo di carica e scarica coinvolte nel processo. Inoltre, gli oscillatori armonici producono uscite sinusoidali a bassa distorsione mentre gli oscillatori di rilassamento generano forme d’onda non sinusoidali (dente di sega, triangolare o quadrata).

I principali tipi di oscillatori includono:

• Ponte di Wien Oscillatore
• RC Spostamento di Fase dell’Oscillatore
• Oscillatore Hartley
• Oscillatore Controllato in Tensione
• Oscillatore Colpitts
• Clapp Oscillatori
• Oscillatori a quarzo
• Armstrong Oscillatore
• Sintonizzati Collettore Oscillatore
• Gunn Oscillatore
• Cross-Oscillatori Accoppiati
• Anello di Oscillatori
• Dynatron Oscillatori
• Meissner Oscillatori
• vorrei Elettronico Oscillatori
• Pierce Oscillatori
• Robinson Oscillatori
• Tri-tet Oscillatori
• Pearson-Anson Oscillatori
• Oscillatori a linea di ritardo
• Oscillatori Royer
• Oscillatori ad accoppiamento elettronico
• Oscillatori multi-onda

Gli oscillatori possono anche essere classificati in vari tipi a seconda del parametro considerato, ovvero in base al meccanismo di retroazione, alla forma della forma d’onda di uscita, ecc.. Questi tipi di classificazioni sono stati riportati di seguito:

1. Classificazione basata sul meccanismo di feedback: Oscillatori a feedback positivo e oscillatori a feedback negativo.
2. Classificazione in base alla forma della forma d’onda di uscita: Oscillatori a onda sinusoidale, oscillatori a onda quadrata o rettangolare, oscillatori a scansione (che producono forme d’onda di uscita a dente di sega), ecc.
3. Classificazione basata sulla frequenza del segnale di uscita: oscillatori a bassa frequenza, oscillatori audio (la cui frequenza di uscita è di gamma audio), oscillatori a radiofrequenza, oscillatori ad alta frequenza, oscillatori ad altissima frequenza, oscillatori ad altissima frequenza, ecc.
4. Classificazione in base al tipo di controllo di frequenza utilizzato: Oscillatori RC, oscillatori LC, oscillatori a cristallo (che utilizzano un cristallo di quarzo per ottenere una forma d’onda di uscita stabilizzata in frequenza), ecc.
5. Classificazione basata sulla natura della frequenza della forma d’onda di uscita: oscillatori a frequenza fissa e oscillatori a frequenza variabile o sintonizzabile.

Applicazioni oscillatore

Gli oscillatori sono un modo economico e semplice per generare una frequenza specifica di un segnale. Ad esempio, un oscillatore RC viene utilizzato per generare un segnale a bassa frequenza, un oscillatore LC viene utilizzato per generare un segnale ad alta frequenza e un oscillatore basato su Op-Amp viene utilizzato per generare una frequenza stabile.

La frequenza di oscillazione può essere variata variando il valore del componente con le disposizioni del potenziometro.

Alcune applicazioni comuni di oscillatori includono:

• Orologi al quarzo (che utilizza un oscillatore a cristallo)
• Utilizzato in vari sistemi audio e sistemi video
• Utilizzato in vari radio, TV e altri dispositivi di comunicazione
• Utilizzato in computer, metal detector, pistole stordenti, inverter, applicazioni ad ultrasuoni e radiofrequenza.
• Utilizzato per generare gli impulsi di clock per microprocessori e microcontrollori
• Utilizzato in allarmi e ronzii
• Utilizzato nel metal detector, pistole stordenti, inverter, e ad ultrasuoni
• Utilizzati per il funzionamento di luci decorative (ad esempio, luci danzanti)