Podemos dizer que um oscilador é um circuito eletrônico que apresenta uma saída variável (onda senoidal, quadrada ou outro tipo) precisando somente de alimentação DC para isso. Um oscilador (aproximadamente) senoidal pode empregar amplificadores (transistores, amplificadores operacionais) operando na região linear. Um oscilador também pode ser construído com circuitos não-lineares (portas lógicas, flip-flops) gerando, em geral, onda quadrada, dente de serra ou outros tipos não senoidais.
De forma geral, um oscilador é formado por um elemento amplificador e uma malha de realimentação. Um oscilador senoidal (ou sintonizado) é baseado no critério de Barkhausen: o produto entre o ganho do amplificador ($\alpha$) e atenuação da malha de realimentação ($\beta$) deve ser exatamente igual a um, ou seja, o sinal realimento entra em fase. Na prática, o ganho total deve ser ligeiramente maior que a unidade para que a oscilação seja iniciada. As não linearidades do circuito acabarão por restringir a amplitude de oscilação e o produto $\alpha\beta$ fica exatamente igual a um para uma dada frequência, ver figura abaixo. Para estabilizar melhor a frequência de oscilação, pode-se usar um cristal de quartzo na malha de realimentação.
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| Oscilação iniciada com baixa amplitude, depois estabiliza devi a não linearidades do circuito eletrônico. |
Análise de transitório usando PSpice
Para se analisar um circuito oscilador no PSpice deve usar a opção de análise de transitório (ver figura abaixo). Os parâmetros devem ser compatíveis com tempo de simulação que se deseja analisar.
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| Parâmetros para simulação de transitório: passo de 100ns para plotar o gráfico, tempo total de 0,099s, passo de 100ns para cálculo numérico (solução de equações). Esse passo afeta a precisão numérica e o tempo requerido para a simulação. |
Exemplo 1: oscilador de relaxação
Um oscilador de relaxação abaixo emprega um amplificador operacional como dispositivo comparador (operação não linear) com histerese. A tensão no capacitor vai até o valor de comparação, quando então a saída muda de polaridade. Assim, o capacitor passa a ser carregado no outro sentido até atingir novamente o valor de comparação. A forma de onda gerada na saída do amplificador operacional é uma onda aproximadamente quadrada.
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| Oscilador de relaxação e forma de onda de saída. |
O circuito abaixo é um oscilador por deslocamento de fase. Existe somente uma frequência na qual o ganho é exatamente igual a um e o sinal está na fase necessária. Neste circuito, na versão PSpice (versão estudante - 9.1) usada, foi necessário incluir uma chave (U6) forçar a simulação transitória correta do circuito. O resistor R35 (15 $\Omega$) é usado para linearizar melhor a forma de onda de saída, se o valor desse resistor foi muito grande (> 20 $\Omega$) a oscilação não se mantém.
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| Oscilador linear por deslocamento de fase. O ganho é inicialmente maior que um e depois de uns 40 ns a amplitude se estabiliza. Não é possível se ver a onda senoidal devido a alta frequência do sinal. |
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| Detalhe do sinal (aproximadamente) senoidal gerado. |
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