Oscillatori

      

I dispositivi oscillatori sono di uso comune in tutte le applicazioni della tecnologia elettronica. Sono ad esempio oscillatori i generatori di clock nei sistemi digitali o i generatori del segnale portante negli impianti di trasmissione. Un oscillatore è un circuito privo di ingresso, alimentato in continua che genera in uscita un segnale periodico, di tipo sinusoidale, rettangolare o triangolare.

Tutti gli oscillatori sono caratterizzati da una reazione positiva che impedisce il circuito di raggiungere una condizione di equilibrio, il segnale di uscita oscilla, dunque, in modo armonico (onda sinusoidale) oppure commuta periodicamente fra due livelli (onda rettangolare) o varia linearmente tra due valori limite (onda triangolare). La struttura di un sistema a reazione positiva è qui di seguito illustrato ; si distinguono, il blocco di andata A (in genere amplificante) ed il blocco di reazione B in genere costituito da una rete passiva.

vi è un nodo sommatore in ingresso ed un punto di diramazione in uscita. Per cui:

funzione di trasferimento del sistema reazionato positivamente è dunque:

Il segnale di ingresso x è funzione della pulsazione s=jω a cui corrisponde un segnale di uscita y sempre funzione della stessa pulsazione. Sarà dunque:

y=y(jω)          x=x(jω)

Inoltre (in generale) entrambe le funzioni di trasferimento del blocco di andata e di quello di reazione saranno a loro volta dipendenti dalla pulsazione jω; cioè: A=A(jω) B=B(jω)

Per fare in modo che l'oscillazione del segnale di uscita y=y(jω) si autosostenga anche in assenza del segnale di ingresso x devono essere soddisfatte le due condizioni sul prodotto A·B (guadagno ad anello aperto):

|A(jω) B(jω)|=1                               :modulo unitario
∠[ A(jω) B(jω)]=0                            :fase nulla

Cioè il modulo del prodotto A·B deve essere 1 e la fase del prodotto A·B deve essere nulla o un multiplo di 360°. Solo in tal caso Il sistema in questione può essere schematizzato come in figura:

per essere soddisfatta deve necessariamente essere x=0; in queste condizioni si ha dunque una uscita finita, non nulla con un ingresso x=0.
Le due considerazioni sul guadagno ad anello aperto precedentemente menzionate, sono note come il criterio di Barkhausen e sono essenziali per il dimensionamento di un qualsiasi oscillatore.

Oscillatore a ponte di Wien

      

           ponendo s=jω.

Dicevamo che il prodotto A·B deve essere 1, quindi un numero reale; ora, dato che  

che è reale, è necessario che anche B sia reale, privo, cioè, di parte immaginaria.
Perché questo sia vero deve essere :

            quindi           

in questo caso risulta essere   e perché A·B=1 deve essere A=3 quindi ponendo R₂=2R₁ si ha

Per l'innesco delle oscillazioni è necessario che il guadagno ad anello aperto sia inizialmente A·B>1 A>3 per poi assestarsi a A·B=1 ed A=3. La tecnica più semplice consiste nel disporre due diodi in antiparallelo lungo l'anello di reazione dell'A.O.

Quando v_o è bassa i diodi presentano un'alta resistenza mentre all'aumentare di v_o la resistenza differenziale dei diodi diminuisce. Per rispettare le condizioni di lavoro imposte, il guadagno A può essere posto, circa, all'85% del suo valore nominale (A=2,5— 2,55) così si fa in modo modo che A>3 all'avvio che poi si riduce ad A=3 a regime.

Oscillatore a sfasamento

      

Si usa una rete di reazione che introduce uno sfasamento di 180° come quella illustrata ed un amplificatore invertente. In pratica, ogni cella RC del circuito di reazione, introduce uno sfasamento di 60°.

Il circuito completo è il seguente:

La rete passiva determina lo sfasamento di 180° alla pulsazione

in corrispondenza della quale risulta essere       

Di conseguenza per rispettare il criterio di Barkhausen deve essere

Anche questo è un oscillatore sinusoidale.