Principios básicos de los osciladores sinusoidales

Los osciladores sinusoidales juegan un papel importante en los sistema electrónicos que utilizan señales armónicas, se debe conocer los principios básicos de estos dispositivos.. A pesar de que en numerosas ocasiones se les denomina osciladores lineales, es preciso utilizar alguna característica no-lineal para generar una onda de salida sinusoidal.

De hecho, los osciladores son esencialmente no-lineales lo que complica las técnicas de diseño y análisis de este tipo de circuitos. El diseño de osciladores se realiza en dos fases: una lineal, basado en métodos en el dominio frecuencial. Estos utilizan análisis de circuitos realimentados, y otra no-lineal, que utiliza mecanismos no lineales para el control de la amplitud.

Un oscilador es básicamente un circuito autónomo, es decir, es capaz de generar una señal periódica sinusoidal sin necesidad de aplicar ninguna entrada. Una diferencia fundamental respecto a los circuitos multivibradores es que estos últimos son circuitos no lineales. Lo anterior basados en comparadores, disparadores de Schmitt. Frente a los circuitos cuasi-lineales de los osciladores.

Ecuaciones de los Principios básicos de los osciladores sinusoidales

La calidad de la onda sinusoidal se expresa a través del coeficiente de distorsión armónica total (total harmonic distortion o THD), definido como:

donde D k representa la relación entre la amplitud del armónico k y el armónico fundamental descrita en series de Fourier. Por ejemplo, la transformada de Fourier de una onda triangular únicamente tiene armónicos impares; esto es que los pares son nulos y cuya amplitud relativa al armónico fundamental vale 1/k 2 . En este caso, el THD toma el valor

Es decir, una onda triangular es una grosera aproximación de una onda sinusoidal con un THD del 12%. Es evidente que el objetivo de los osciladores sinusoidales es generar señales con THD=0.

La estructura básica de un oscilador sinusoidal consiste en un amplificador (A); así como una red selectiva de frecuencia (ß) conectada en un lazo de realimentación positiva. Tal como se muestra en el diagrama de bloques la figura 10.1.

Aunque en un oscilador no existe señal de entrada, es posible obtener la ganancia de lazo del amplificador realimentado (A f ) que; debido a la realimentación positiva, es de la forma:

donde A=A(ƒ) y ß=ß(ƒ) dependen de la frecuencia ƒ. Si existe una frecuencia ƒ o que ßA=1, entonces el valor de A f en la ecuación 10.3 es infinito. Es decir, a esta frecuencia el circuito tiene salida finita para una entrada cero; tal circuito por definición es un oscilador. La condición del circuito realimentado que proporciona oscilaciones sinusoidales de frecuencia oscilación ƒ o es:

El criterio de Barkhausen establece estas condiciones de oscilación: a la frecuencia ƒ o; la fase de la ganancia de lazo debe ser 0+2kπ y la magnitud de la ganancia de lazo debe ser 1. Expresado más formalmente, el criterio de Barkhausen de oscilación exige que: