Oscilador LC

Los osciladores LC también conocidos como osciladores de circuito tanque son los más usados en aplicaciones sencillas, debido a su dificultad baja y a las buenas prestaciones.

Un oscilador LC es un circuito oscilador que utiliza una configuración denominada circuito tanque LC, el valor del capacitor y del inductor empleados determinan la frecuencia de resonancia.

La operación del circuito tanque, componente principal de un oscilador LC, involucra un intercambio de energía cinética y potencial. En la figura siguiente podemos ver que una vez que la corriente empieza a circular por el circuitos (instante t1), se produce un intercambio de energía entre el capacitor y el inductor produciendo un voltaje de salida alterna correspondiente (por tiempos t2 a t4).

Fig 1

El voltaje de salida (figura 2), presenta una forma senoidal  desfasada 180º.

Fig 2

La frecuencia de operación de un circuito tanque LC es simplemente la frecuencia de resonancia de la red LC en paralelo y el ancho de banda es una función del Q del circuito. Matemáticamente, la frecuencia de resonancia de un circuito tanque LC con Q = 10 se le puede aproximar por

Los osciladores Hartley y Colpitts son ejemplo de un oscilador LC.

Oscilador Hartley

La figura 3a muestra el diagrama esquemático de un oscilador Hartley (ver articulo). El amplificador transistorizado (Q1) proporciona la amplificación necesaria para una ganancia de voltaje de lazo unitaria a frecuencia de resonancia. El capacitor de acoplamiento (Cc) proporciona la ruta para la retroalimentación regenerativa. L1  y C1,  son los componentes que determinan la frecuencia, y Vcc es la fuente de voltaje de cc (corriente continua).

La figura 3b muestra el circuito equivalente en cc para el oscilador Hartley. Cc es un capacitor de bloqueo que aísla el voltaje de polarización de base de cc y evita que haga un corto a tierra a través de L1b. C2 también es un capacitor de bloqueo para evitar que la fuente de voltaje del colector haga corto a tierra a través de L1a. El choque de radiofrecuencia (RFC) es un corto en cc.

La figura 3c muestra el circuito equivalente de ca (corriente alterna) para el oscilador Hartley. Cc es un capacitor de acoplamiento de ca y proporciona una ruta de retroalimentación positiva del circuito tanque a la base de Q1. C2 acopla las señales de ca del colector de Q1 al circuito tanque. El RFC presenta un circuito abierto en ca, en consecuencia aislando la fuente de poder de cc de las oscilaciones en ca.


Modo de Operación

En el arranque inicial, aparece una multitud de frecuencias en el colector de Q1 y se acoplan a través de C2 dentro del circuito tanque. El ruido inicial proporciona la energía necesaria para cargar C1. Una vez que se ha cargado parcialmente C1 empieza la acción del oscilador.

El circuito tanque solamente oscilará de manera eficiente en su frecuencia de resonancia. Una porción del voltaje del circuito tanque oscilante se deja caer a través de L1b y se retroalimenta nuevamente a la base de Q1 donde se amplifica. La señal amplificada aparece en el colector 180° fuera de fase con la señal de base. Se realiza un desplazamiento adicional de fase de 180° a través L1; en consecuencia, la señal que se retroalimenta nuevamente a la base de Q1 se amplifica y se desplaza en fase a 360°. Por lo tanto, el circuito es regenerativo y mantendrá las oscilaciones sin señal de entrada externa.

La proporción de energía oscilatoria que se retroalimenta a la base de Q1 se determina por la razón de L1b a la inducción total (L1a +  L1b). Si se retroalimenta insuficiente energía, las oscilaciones se amortiguan. Si se retroalimenta energía en exceso, el transistor se satura. Por lo tanto, la posición de L1 se ajusta hasta que la cantidad de energía de retroalimentación sea exactamente la requerida para una ganancia de voltaje de lazo unitario y continuarán las oscilaciones.

La frecuencia de oscilación se puede obtener de forma aproximada utilizando la formula para osciladores LC ya colocada, donde L = L1a + L1b y C = C1

Oscilador Colpitts

La figura 4a muestra el diagrama esquemático de un oscilador Colpitts. La operación de un oscilador Colpitts es muy similar a la de Hartley excepto que en este caso en lugar de emplear un divisor inductivo se utiliza un divisor capacitivo. Q1 proporciona la amplificación, Cc proporciona la ruta para la retroalimentación regenerativa, L1, C1a y C1b son los componentes para determinar la frecuencia, y Vcc es la fuente de voltaje de cc.

La figura 4b muestra el circuito equivalente para el oscilador Colpitts. C2 es el capacitor de bloqueo que evita que aparezca la fuente de voltaje de colector en la salida. El RFC es nuevamente un corto en cc.

La figura 4c muestra el circuito equivalente de ca para el oscilador Colpitts. Cc es un capacitor de acoplamiento en ca y proporciona la ruta de retroalimentación regenerativa del circuito tanque a la base de Q1. El RFC está abierto en ca y desacopla las oscilaciones a partir de la fuente de voltaje en cc.

La operación del oscilador Colpitts es casi idéntica a la del oscilador Hartley. En el arranque inicial, aparece ruido en el colector de Q1 y suministra energía al circuito tanque, haciendo que empiece a oscilar. C1a y C1b constituyen un divisor de voltaje en ca. El voltaje que se deja caer a través de C1b se retroalimenta a la base de Q1 hasta Cc. Hay un cambio de fase de 180° de la base al colector de Q1 y un cambio de fase adicional de 180° a través de C1. En consecuencia, el cambio total de fase es de 360° y la señal de retroalimentación es regenerativa. La relación de C1a a C1a + C1b determina la amplitud de la señal de retroalimentación. La frecuencia de resonancia la encontramos mediante la formula general para los osciladores LC, en donde L = L1 y C = C1a//C1b

En los osciladores de circuito tanque LC la estabilidad de frecuencia es inadecuada para la mayoría de las aplicaciones utilizadas en radio comunicaciones. Los factores Q de los circuitos tanque LC  son relativamente bajos, permitiendo que el circuito tanque resonante oscile sobre una amplia gama de frecuencias.

Ref: Apunte de Catedra Ing. Santa Cruz – Electronica Aplicada III – UTN FRC

5 thoughts on “Oscilador LC”

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  2. buenisimo para refrescar la memoria ya los tenia un poco olvidados , buena info.

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