GLI OSCILLATORI Oscillatore a sfasamento

Nome: Fabio Castellini
Quinta esperienza
Data: 17/03/2015
GLI OSCILLATORI
Gli oscillatori digitali sono circuiti che generano forme d’onda di
ampiezza, forma (quadra,
quadra, sinusoidale,…)
sinusoidale,
e frequenza desiderata,
senza l’ausilio di alcun segnale di ingresso. Sono realizzati ad
esempio sfruttando la carica/scarica di un condensatore controllata
da un circuito con tensioni di soglia di tensione prestabilite.
pre
Come
abbiamo visto in teoria, un oscillatore
latore per esistere deve rispettare la
condizione di Barkhausen:
Oscillatore a sfasamento
L’ oscillatore a sfasamento utilizza un
amplificatore invertente e tre filtri passa alto,
ciascuno dei
quali produce
uno sfasamento
compreso tra 0 e
90. Di
conseguenza, lo
sfasamento
complessivo
prodotto dai
filtri è tra 0 e 270 e, alla frequenza fo, risulterà di 180°.
180
Sommando lo sfasamento dei filtri e quello dell’amplificatore
che, essendo invertente sfasa di altrettanti 180°, si ottiene, alla
frequenza di oscillazione, uno sfasamento nullo. Si dimostra che
la frequenza di oscillazione fo è:
Il guadagno dell’amplificatore invertente deve essere di -29
29 ai fini di rispettare la condizione di
Barkhausen.
Abbiamo quindi assemblato il circuito su breadboard di un oscillatore a sfasamento, prelevandone
le tensioni del transistor per verificarne la corretta polarizzazione e abbiamo calcolato e misurato la
frequenza di oscillazione. Abbiamo inoltre notato che la prima resistenza sul condensatore
conde
non è
necessaria poiché il transistor presenta una sua resistenza interna.
Valori teorici
Valori reali
VRc
2,5 V
2,52 V
VCE
2, 5V
2,47 V
f0
6,5 kHz
4 kHz
A
-29
-29
Oscillatore Colpitts
Questo tipo di oscillatore è composto da un induttore e due condensatori collegati come si può
vedere accanto. Inoltre di seguito è mostrata la formula per il
calcolo della frequenza d’oscillazione.
Valori calcolati
Cs
9,09 nF
f0
27,03 kHz
A
-2,20
Oscillatore NE555
Questo oscillatore si presenta come un
integrato, composto da resistori e
condensatori, molto utilizzato in passato e
che nella sua semplicità è in grado di
creare un segnale digitale in uscita.
Osservando il datasheet si può notare che
è presente un flip-flop Set/Reset (S/R), composto da due porte NAND.
Oltre ad alcune resistenze ci sono anche due amplificatori
operazionali (OP1 e OP2), impiegati per l’elaborazione di operazioni
algebriche e per l’amplificazione in tensione del segnale in ingresso in
funzione del segnale sui due ingressi. I due amplificatori hanno terminali
non invertenti, la differenza si può intuire guardando la seguente
immagine:
Sono presenti due terminali
di ingresso ai quali possono
essere applicate due
tensioni indipendenti:
terminale non invertente
(+), in quanto fornendogli
una tensione continua V+ più positiva rispetto all’altro ingresso, la Vo in uscita è positiva; terminale invertente (-),
poiché se applichiamo ad esso una tensione V più positiva rispetto all’altro terminale, si ottiene una Vo negativa.
Valori reali
Vcc
8,3 V
1/3·Vcc
2,77 V
2/3·Vcc
5,53 V
FUNZIONAMENTO: nel momento in cui la tensione sul pin 6 supera i 2/3Vcc, l'uscita di OP2 va a
‘1’ e si ha un comando di Set; quando invece la tensione sul pin 2 è inferiore ad 1/3Vcc l'uscita di
OP1 va a ‘1’ e si ha un comando di Reset. Quando il flip-flop è
in fase di set (Q=‘1’) l'uscita (pin 3) sarà ad ‘1’ ed il transistor
di “scarica” (connesso a Q=‘0’) si comporta come un
interruttore aperto (pin 7). Quando il flip-flop è in fase di reset
(Q=‘0’ → Q=‘1’) il transistor si comporta come un interruttore
chiuso (verso massa) e può essere usato per effettuare, ad
esempio, la scarica di un condensatore. Questa tabella riassume
il ciclo che compie, all’infinito, l’oscillatore per generare un segnale digitale.
Accensione
Carica
condensatore
(Vc>1/3·Vcc)
Carica
condensatore
(Vc>2/3·Vcc)
Pin 6 & Pin 2=0
C1=‘0’
Vc=0
Q=‘1’=Vcc
Q=‘1’=Vcc
Pin 7 circuito aperto
C2=‘0’ & FF=SET
Ingresso non
invertente ha
tensione maggiore
rispetto a quello
invertente
C2=‘1’
(RESET)
Q=‘0’ & Q negato=‘1’=Vcc
Transistor comando sulla base
int. chiuso; pin 7
collegato R2 condensatore C
interrompe la carica e
inizia a scaricarsi su
R2
Vc<2/3·Vcc
Vc<1/3·Vcc
C2=‘0’ & Q=‘0’
FF=SET
Q=‘1’=Vcc
Pin 3=‘0’