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L.014 Minimizar


El mundo de los osciladores es bastante amplio. Pensemos en que son los encargados de generar electrónicamente diversos tipos de señales eléctricas y que, en el mundo de la electrónica, se emplean ondas de variadas formas desde sus comienzos.

Nuestro propósito no es profundizar en estos circuitos sino acercarlos, de la manera más sencilla posible, a todos aquellos que empiezan a interesarse en este importante tema, ya que, para avanzar en prácticamente cualquier campo donde intervenga la electrónica, el conocimiento de los osciladores y de las ondas que estos generan es fundamental.

Es recomendable una lectura previa de la lección: FORMAS DE ONDA PERIÓDICAS.

 

Como puede observarse en la imagen superior, un circuito oscilador puede estar fabricado de formas muy variadas y con diferentes componentes.
Pueden ser componentes de uso general (transistores, amplificadores operacionales, puertas lógicas, etc.) o componentes específicos (chips diseñados para generar ondas).

Existe una gran cantidad de osciladores que solo necesitan unos cuantos componentes añadidos (generalmente R, L, C) para poder funcionar. Son bastante sencillos de construir y/o modificar, siendo así más sencillo de entender su funcionamiento.

 

En la figura de la izquierda podemos ver, sintetizada, la estructura de un oscilador.

En esencia, un oscilador está formado por un elemento activo que tiene la capacidad de amplificar (transistor, operacional, etc.) y una red de realimentación (RC, RL, RLC) que devuelve parte de la señal de salida a la entrada (con sus correspondientes desfases), haciendo entrar al amplificador en un bucle oscilante que le permite mantener en su salida una determinada señal.

Los osciladores son circuitos capaces de generar ondas periódicas. Precisan una alimentación continua (DC) y no necesitan ninguna señal externa para funcionar.


 

La forma habitual de clasificar un oscilador es como se muestra en figura superior.

Según la FORMA DE ONDA que generan pueden ser:
- lineales
, llamados también armónicos, que generan ondas senoidales.
- no lineales, llamados también de relajación, que generan ondas cuadradas, triangulares, en diente de sierra, etc.

Los osciladores que generan solo ondas cuadradas se les llama también multivibradores.

Según la FRECUENCIA DE LA ONDA generada pueden ser:
- de baja frecuencia (LFO), cuando su frecuencia está por debajo de los 20Hz.
- de audiofrecuencia (AF), cuando maneja frecuencias de entre 20Hz y 20KHz.
- de radiofrecuencia (RF), cuando su frecuencia es superior a los 100KHz.

Según los COMPONENTES UTILIZADOS en su diseño pueden ser:
- de tipo RC, utiliza resistencias (R) y condensadores (C) para generar y mantener la oscilación.
- de tipo LC, cuando utiliza bobinas (L) y condensadores (C).
- de tipo cristal/piezoeléctrico, cuando utiliza cristales de cuarzo o elementos piezoeléctricos.

Los de tipo RC se utilizan generalmente para osciladores de baja frecuencia y audiofrecuencia. Los de tipo LC y cristal/piezoeléctrico son más propios de los osciladores de radiofrecuencia, siendo de más precisión los de tipo cristal/piezoeléctrico.

Según el TIPO DE CONTROL que se ejerce sobre el oscilador pueden ser:
- astables, cuando no necesitan ningún tipo de control (se les da alimentación y funcionan continuamente hasta que se corta la alimentación).
- monoestables, cuando necesitan de una señal de control que los active o desactive. Cambian de estado solo si se mantiene esa señal de entrada. Se dice que poseen un solo estado estable.
- biestables (también llamados flip-flop), cambian de estado cuando reciben una señal de control en su entrada y, aunque esta desaparezca, se mantienen en el mismo estado hasta que aparezca la siguiente señal de control (retienen el dato). Se dice que poseen 2 estados estables.

Una variante de tipo de control se encuentra en los osciladores controlados por voltaje (VCO). Estos osciladores suelen estar controlados por señales tipo triangulares, diente de sierra... (o, simplemente, variando la tensión de forma manual) para variar su frecuencia de salida.

Según el DISEÑADOR del circuito (se conocen por su apellido) reciben nombres como:
- Hartley, Armstrong, Colpitts, Pierce, Clapp, etc.

 

 

 

En la práctica, los osciladores forman la base del funcionamiento de muchos circuitos. De hecho, un mismo oscilador puede servir de base para circuitos que permitan encender/apagar LEDs, controlar motores, generar sonidos sintetizados, sincronizar datos, controlar aparatos, etc., etc.

La figura de arriba nos muestra el esquema de un oscilador de onda cuadrada, funcional, que es bastante estable y que puedes utilizar para empezar a hacer prácticas con los osciladores.

Su frecuencia es regulable por medio del potenciómetro de 100K (desde los 0,25Hz a 25Hz, aproximadamente) y dispone de 2 salidas de onda cuadrada (50%-50%), una de ellas invertida respecto a la otra.

Utiliza un chip de puertas lógicas NOT (inversores) con tecnología CMOS, el CD4069, y unos cuantos componentes más (R y C), haciendo muy sencillo su montaje, p.ej. en una tarjeta protoboard.

El CD4069 funciona con una alimentación continua (DC) de 3v a 15v, así que puede ser fácilmente alimentado con una pila de 9v o cualquier alimentador DC de entre 5v y 12v y una corriente igual o superior a 250mA (0,25A).

La frecuencia (en Hz) aproximada de este oscilador se puede calcular con la fórmula:  f = 1 / 1,82 x R x C   (R en Ohmios y C en Faradios).
Los componentes implicados son: Rmáx=100K+1K (porque están en serie), Rmin=1K, y C=22UF.

Si deseas aumentar la frecuencia de oscilación por encima de los 25Hz solo necesitas bajar el valor de C a 10UF, 1UF, o menos (cuanto más bajes el valor, más aumentará la frecuencia).

Como este chip contiene 6 puertas inversoras y solo necesitamos 3 de ellas para este oscilador, con las 3 puertas restantes podemos fabricarnos un segundo oscilador e, incluso, interactuar entre ellos controlando el uno al otro en modo maestro-esclavo... pero eso ya es para nota ;-)

 

Ahora, a modo de repaso y partiendo del esquema práctico mostrado, vamos a hacer un ejercicio de clasificación de este oscilador.

1º. ¿Qué tipo de onda genera?
- Genera una onda cuadrada, por lo tanto es un oscilador no líneal o de relajación.

2º. ¿Con qué frecuencia/s trabaja?
- Trabaja con frecuencias por debajo de los 25Hz, por lo tanto, es un oscilador de baja frecuencia (LFO).

3º. ¿Qué componentes utiliza?
- Utiliza resistencias (R) y condensadores (C), por lo tanto, es de tipo RC.

4º. ¿Tiene algún tipo de control?
- No (funciona siempre igual mientras esté alimentado), por lo tanto, es un oscilador astable.

 

Se trata de un oscilador de relajación, astable, tipo RC, de baja frecuencia.

 

 

La figura superior muestra una captura de la simulación de este circuito con el simulador de circuitos: circuit-js.
En nuestro FORO sobre software tienes más datos sobre circuit-js: Ir al foro.

En dicha figura, se pueden ver los osciloscopios virtuales mostrando la forma de onda que hay en las salidas S1 y S2, así como las variaciones de tensión que sufre durante la carga y descarga el condensador C (punto P1).

Te dejo el enlace para bajarte un fichero "txt" (es el formato que utiliza circuit-js para guardar los esquemas) que contiene este oscilador con el chip CD4069. Solo tienes que descargarlo en tu PC y, luego, abrirlo desde el circuit-js con Archivo -> Abrir archivo para poder trabajar con él: descargar txt del oscilador con CD4069. (clic botón derecho -> guardar enlace como).

 

Puedes simular directamente este circuito desde aquí: Simulación online.

 




Bueno... si has asimilado todo lo que te he contado ya conoces lo más básico de los osciladores y estás en disposición de poder volar por tu cuenta para ampliar tus conocimientos sobre este interesante mundo (que es mucho más amplio de lo que has visto aquí).

De todos modos, no vamos a dejar de lado los osciladores y volveremos con más cosas sobre ellos. Estate alerta ;-) 

 

# NOTA .
Quizás te resulte un poco (o un mucho) extraño que en Faxter.es estemos tocando temas como este que, aparentemente, poco o nada tienen que ver con el sonido.
Si es así, y sin ser una regañina (ok?), te voy a decir 2 cosas:
1.- Te equivocas... solo mencionaré: amplificadores digitales, sonido digital, instrumentos musicales electrónicos, efectos de sonido, pedales, etc., etc... tienen relación con el sonido, ¿no?. Pues busca y mira si llevan o no llevan osciladores en sus entrañas ;-)
2.- En Faxter.es nos encanta el mundo del sonido, es cierto. Pero también es cierto que estamos siempre abiertos a cualquier otra temática relacionada con la bricoelectrónica.

 


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