Los osciladores de relajación no constan de inductores y, por lo tanto, se utilizan ampliamente en aplicaciones donde los requisitos de ruido de fase se relajan en forma de circuitos totalmente integrados. A diferencia de los osciladores LC, los osciladores de relajación constan de un solo elemento de almacenamiento de energía.
La forma de onda de oscilación depende de las características no lineales del circuito más que de elementos selectivos de frecuencia. Por tanto, son fáciles de fabricar como circuitos integrados monolíticos.
Tabla de contenido
oscilador de relajación
Los osciladores de relajación son osciladores no sinusoidales que utilizan bloques de construcción de circuitos conocidos como multivibradores para generar formas de onda triangulares, cuadradas y de pulso. Cuando la ganancia del bucle es mayor que 1 y la retroalimentación es positiva, la salida producida es aproximadamente como una onda sinusoidal que dura la mayor parte del período de tiempo.
En esta condición, el amplificador está saturado o cortado. Este tipo de oscilador se llama oscilador de relajación.
En tales osciladores, el amplificador utilizado actúa como un amplificador de alta ganancia durante un corto período de tiempo y luego espera hasta que se produzca un cambio. Por tanto, la frecuencia de oscilación no depende directamente de la frecuencia natural o del cambio de fase del circuito LC.
El intervalo de tiempo durante el cual el amplificador no está en la parte activa del circuito determina la frecuencia de oscilación. Los osciladores de relajación utilizan dispositivos de cambio de estado y circuitos de temporización RC para generar formas de onda de salida periódicas.
Durante una fase de oscilación, el oscilador de relajación almacena energía en el elemento o componente reactivo y libera gradualmente la energía durante la siguiente fase del ciclo.
El concepto de oscilador de relajación se ilustra en el diagrama anterior, donde una bombilla de destello se ilumina periódicamente a intervalos de tiempo regulares. El circuito consta de una batería, un condensador y una bombilla con un umbral de encendido de 5 V.
Una vez que el condensador se carga hasta el nivel del umbral de encendido de la bombilla, comienza a descargarse, proporcionando la energía almacenada a la bombilla. Luego, la bombilla comienza a parpadear durante un período de tiempo determinado por la constante de tiempo de la combinación de condensador y resistencia.
Después del flash, el condensador comienza a cargarse nuevamente y esto continúa o se repite. El tiempo de repetición depende del tiempo de carga y del tiempo de descarga. El mismo principio se aplica a los osciladores de relajación, por lo que es un circuito repetitivo.
Los osciladores de relajación se dividen en dos clases: osciladores de dientes de sierra y multivibradores astables. En el primer caso, la conducción del dispositivo de conmutación descarga el condensador de forma rápida e instantánea, de modo que prácticamente toda la forma de onda de salida está ocupada únicamente por el período de carga.
En el tipo no regulado, el condensador se carga y descarga lentamente a través de una resistencia. Por lo tanto, la forma de onda de salida total está determinada por estos dos períodos.
Circuito de oscilación de relajación UJT.
La siguiente figura muestra la estructura de un oscilador de relajación que utiliza transistores unijunción (UJT). Un circuito combinado RC conectado al terminal emisor del UJT determina la frecuencia de oscilación. Como se muestra en la figura, las resistencias R1 y R2 se utilizan como resistencias limitadoras de corriente.
Cuando se aplica un voltaje de CC al circuito, el UJT permanece apagado y el capacitor comienza a cargarse a través de la resistencia R. Dado que el terminal emisor del UJT está conectado a un condensador, el voltaje del condensador tiene un impacto significativo en el rendimiento del UJT. Cuando el voltaje a través del capacitor alcanza el voltaje máximo del UJT, el UJT pasa al modo de conducción.
En esta etapa, la resistencia de la base del emisor 1 colapsa y el condensador comienza a descargarse. Cuando el voltaje a través del capacitor alcanza el voltaje de valle del UJT, las resistencias del emisor y de la base 1 vuelven a una resistencia alta y el UJT entra en modo de corte.
Por lo tanto, el capacitor comienza a cargarse nuevamente y el proceso se repite, creando una onda en diente de sierra a través del capacitor como se muestra.
Circuito multivibrador astable.
Un oscilador de relajación que genera una onda cuadrada periódica. La amplitud de una onda cuadrada es constante durante un período de tiempo, luego cambia repentinamente a otro nivel y luego permanece constante allí, y estos cambios repentinos continúan periódicamente.
La siguiente figura muestra un circuito multibinlador astable que genera continuamente una onda cuadrada sin una señal externa. Consta de dos etapas de amplificadores acoplados por resistencia y la salida de cada etapa está acoplada regenerativamente como se muestra en la figura.
Consta de dos estados metaestables y los circuitos asociados cambian de estado de un estado metaestable a otro sin activarse.
Cuando el circuito está alimentado, T1 conduce más que T2 (porque los componentes asimétricos del circuito de dos etapas están desequilibrados). Esto significa que la corriente del colector de T1 es mayor que la corriente del colector de T2 y, por lo tanto, Vc1 es menor que Vc2.
Dado que este voltaje Vc1 está acoplado a la base de T2, la corriente del colector de T2 disminuye aún más y eventualmente Vc2 se aproxima a Vcc. Este proceso continúa hasta que el transistor T1 esté completamente encendido y T2 esté completamente apagado. Este es un estado metaestable en el que C2 se carga a través de Rc2.
Mientras tanto, el condensador C1 (ya cargado) se descarga a través de T1 y R1, llevando repentinamente la base de T2 a Vcc. Por lo tanto, no fluye corriente por la base de T1 y deja de conducir. Ahora, a medida que aumenta la corriente de base hacia T2, T2 comienza a conducir.
Este proceso continúa hasta que T2 esté completamente encendido y T1 esté completamente apagado. Este también es un estado metaestable. Los voltajes Vc1 y Vc2 asumen formas de onda cuadrada complementarias durante todo este proceso.
Circuito de oscilación de relajación mediante amplificador operacional.
La siguiente figura muestra una versión de amplificador operacional de un oscilador de relajación donde la salida cambia entre los dos límites de saturación del amplificador operacional. La salida se toma en la salida opamp y esta salida carga el capacitor a través de la resistencia R.
Cuando se aplica energía al circuito, el capacitor comienza a cargarse hacia Vcc a través de la resistencia R. Cuando el voltaje a través del capacitor alcanza el voltaje de activación del amplificador operacional, el amplificador operacional cambia y el voltaje de salida se invierte a ese voltaje. Límite de saturación opuesto.
La corriente a través de la resistencia cambia de signo y el condensador comienza a relajarse hacia el umbral opuesto. El voltaje del umbral de activación de la entrada positiva del opamp también cambia, y cuando el voltaje del capacitor alcanza este umbral, la salida del opamp cambia de estado nuevamente.
Este proceso se repite. En la figura se muestran las formas de onda típicas del voltaje de salida del amplificador operacional y el voltaje a través del capacitor.
Circuito de oscilación de relajación usando temporizador 555.
Se puede implementar un oscilador de relajación o un multivibrador astable utilizando un temporizador 555. El circuito se muestra a continuación. El ancho del pulso de la forma de onda de salida depende de la constante de tiempo RC. El circuito está conectado de la siguiente manera. El pin 4 está conectado directamente a la fuente de alimentación. El pin 6 y el pin 2 están en cortocircuito. La salida se saca en el pin 3.
Cuando se aplica voltaje de fuente de alimentación al circuito, el capacitor comienza a cargarse usando la fuente de alimentación Vcc. Luego, la salida aumenta en el pin 3 (porque el terminal de descarga está abierto).
Cuando el voltaje en el capacitor alcanza 2/3 Vcc, el flip-flop interno cambia y el terminal de descarga se cortocircuita a tierra, lo que provoca que la salida baje. La frecuencia de funcionamiento se puede cambiar cambiando los valores de resistencia y condensador.
Si opera un temporizador 555 de esta manera, no habrá estado estable. Esto sólo significa que no puedes permanecer en ninguno de los dos estados indefinidamente. Por lo tanto, obtendrás una serie de pulsos rectangulares en el terminal de salida.
Aplicación del oscilador de relajación.
Estos osciladores se utilizan en muchas aplicaciones, algunas de las cuales se enumeran a continuación.
- osciloscopio
- receptor de televisión
- estroboscopio
- flash de cámara electrónica
- Cómo generar señales de reloj en circuitos digitales.
- Se utiliza para el encendido de circuitos y equipos basados en tiristores.