Osciladores electrónicos: funcionamiento del circuito oscilante y tipos

Osciladores Electrónicos: Principios y Aplicaciones

Un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energía de corriente continua en corriente alterna a una determinada frecuencia. Tienen numerosas aplicaciones: generadores de frecuencias de radio y de televisión, osciladores locales en los receptores, generadores de barrido en los tubos de rayos catódicos, etc.

La mayoría de los equipos electrónicos utiliza para su funcionamiento señales eléctricas de uno de estos tres tipos:

• Ondas sinusoidales
• Ondas cuadradas
• Ondas tipo diente de sierra

Los osciladores son circuitos electrónicos generalmente alimentados con corriente continua capaces de producir ondas sinusoidales con una determinada frecuencia. Existe una gran variedad de tipos de osciladores que, por lo general, se conocen por el nombre de su creador. Igualmente, los multivibradores son circuitos electrónicos que producen ondas cuadradas. Este tipo de dispositivos es utilizado ampliamente en conmutación.

Los generadores de frecuencia son, junto con los amplificadores y las fuentes de alimentación, la base de cualquier circuito electrónico analógico. Son utilizados para numerosas aplicaciones entre las que podemos destacar las siguientes: como generadores de frecuencias de radio y de televisión en los emisores de estas señales, osciladores maestros en los circuitos de sincronización, en relojes automáticos, como osciladores locales en los receptores, como generadores de barrido en los tubos de rayos catódicos y de televisores, etc.

Componentes de un Oscilador

Los osciladores son generadores que suministran ondas sinusoidales y existen multitud de ellos. Generalmente, un circuito oscilador está compuesto por: un "circuito oscilante", un "amplificador" y una "red de realimentación".

Esquema de un Circuito Oscilante

El circuito oscilante suele estar compuesto por una bobina (o inductancia) y por un condensador. El funcionamiento de los osciladores (osciladores de ahora en adelante) suele ser muy similar en todos ellos; el circuito oscilante produce una oscilación, el amplificador la aumenta y la red de realimentación toma una parte de la energía del circuito oscilante y la introduce de nuevo en la entrada produciendo una realimentación positiva.

Esquema General de un Oscilador

Hay que tener cuidado y no confundir "circuito oscilante" con "oscilador". El circuito oscilante es el encargado de producir las oscilaciones deseadas; sin embargo, no es capaz de mantenerlas por sí solo. El oscilador es el conjunto que forman el circuito oscilante, el amplificador y la red de realimentación juntos.

Funcionamiento del Circuito Oscilante

Supongamos un circuito compuesto por un condensador y una inductancia conectados en paralelo. En primer lugar, conectamos el condensador a una batería. Entonces, comienza a circular corriente eléctrica que va a provocar que el condensador se cargue. Llegado este momento, la corriente eléctrica dejaría de circular y el condensador se encontraría totalmente cargado. A continuación movemos el interruptor y conectamos el condensador con la inductancia. En este mismo instante, la bobina, en principio, se opone al paso de la corriente. Sin embargo, comienza a circular corriente de forma progresiva haciendo que el condensador se descargue y creando un campo magnético en la bobina. Al cabo de cierto tiempo, la corriente eléctrica comienza a cesar de forma progresiva y, por lo tanto, el campo magnético se reduce. Se crea entonces una tensión inducida en la bobina que hace que el condensador se cargue de nuevo, pero esta vez con la polaridad contraria. Una vez que el condensador se encuentra totalmente cargado volvemos a estar como al principio, aunque esta vez con el condensador cargado de forma inversa a como estaba antes. Comienza pues otra vez el proceso de descarga progresiva del condensador sobre la inductancia y de nuevo vuelve a cargarse el condensador. Vemos, pues, cómo es un vaivén de corriente de un elemento a otro. Esto es lo que se conoce como circuito oscilante. Para poder entender mejor este proceso se han esquematizado los pasos en la ilustración correspondiente.

Onda Amortiguada

Este circuito oscilante podría ser un oscilador si fuese capaz, por sí solo, de mantener su oscilación indefinidamente. Sin embargo, en la realidad existe una pérdida de energía que hace que la corriente oscilante se vaya atenuando cada vez más hasta llegar a desaparecer. Esto es debido a que la inductancia posee una cierta resistencia óhmica que hace que con el paso de la corriente se vaya perdiendo cada vez una pequeña cantidad de energía convirtiéndose en calor.

La frecuencia con la que oscila nuestro circuito depende evidentemente del condensador y de la inductancia que coloquemos; cuanto mayor sea el condensador y la inductancia, menor va a ser la frecuencia. Una vez dispuestos ambos elementos en el circuito, estos son fijos y, por tanto, la frecuencia de oscilación es una característica de dicho circuito, la cual recibe el nombre de "frecuencia propia del circuito oscilante". En realidad es bastante complicado acertar en la elección del condensador y de la inductancia a la hora de obtener una determinada frecuencia. Lo que se suele hacer es poner, por ejemplo, un condensador con capacidad variable que, una vez funcionando en el circuito, se ajusta dicho condensador hasta obtener el valor de la frecuencia de oscilación deseada.

Ayuda Externa al Circuito Oscilante

Un circuito oscilante por sí solo no es capaz de mantener por mucho tiempo sus oscilaciones y, por tanto, no es de ninguna utilidad. Para solventar este problema lo que se hace es proporcionar una "ayuda extra" desde el exterior que compensa las pérdidas de energía debido a la resistencia óhmica de la bobina; consiguiendo así que el circuito oscile de forma indefinida mientras que la fuente de energía "extra" sea capaz de suministrarle energía. La fuente de energía extra que se acopla al circuito plantea una incógnita relativa a la frecuencia a la que debemos suministrar la corriente eléctrica. Evidentemente existen tres casos bien definidos, a saber: que la frecuencia de la fuente sea mayor, menor o igual que la frecuencia propia de oscilación del circuito. En el caso en que la frecuencia sea la misma, se produce el máximo valor de la tensión en los bornes del circuito oscilante; por el contrario, la intensidad de corriente que recorre el circuito es mínima. Si la frecuencia es mayor o menor el voltaje en bornes va siendo cada vez menor, a la vez que la corriente que atraviesa el circuito va aumentando de forma gradual. En la figura se muestran la variación de la tensión y de la corriente en función de la frecuencia.

Tipos de Osciladores

Vamos a ver los diferentes tipos de osciladores que hay. Antiguamente se usaba una válvula termoiónica como etapa amplificadora pero estos osciladores están totalmente obsoletos. Hoy día, se usa en su lugar un transistor como etapa amplificadora pudiendo estar conectado en base común, emisor común o colector común, dependiendo del tipo de oscilador y de la función que realiza en cada uno de ellos.