¿Por qué un oscilador produce ondas sinusoidales?

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Según la definición de Oscilador: ' Un circuito electrónico que produce una señal electrónica oscilante y repetitiva, a menudo una onda sinusoidal o una onda cuadrada '
Estoy familiarizado con el oscilador de cambio de fase RC y Wien Bridge Oscillator. Ambos satisfacen los criterios de Barkhausen, por lo que deberían producir una salida, pero ¿por qué la salida es Sine?
Si alguien pudiera elaborar utilizando cualquiera de los dos osciladores, o tal vez alguna prueba / resultado que dé una mejor idea de la forma de la onda de salida.

También conozco el principio de un generador de onda cuadrada que usa op-amp, pero ese no es un oscilador y funciona según el principio de saturación de op-amp. ¿Tengo razón al afirmar que el oscilador y el generador de onda cuadrado son diferentes?

    
pregunta user23564

3 respuestas

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Si la ganancia de un sistema en cada retraso particular es constante, el sistema producirá oscilaciones con aquellos períodos que tienen una ganancia de uno. En los períodos en que la ganancia excede de uno, la fuerza de las oscilaciones aumentará a menos que, o hasta que algo cause que la ganancia, caiga por debajo de uno. Si hubiera una frecuencia en la que la ganancia se estabilizara exactamente en una, y fuera menor que una en todas las demás frecuencias, el circuito produciría una onda sinusoidal en la frecuencia en cuestión. La onda sería una onda sinusoidal porque cualquier otro tipo de onda tendría contenido en las frecuencias donde la ganancia es menor que una.

Note que en la práctica, muchos tipos de circuitos oscilantes tienen ganancias que varían ampliamente durante el curso de cada "ciclo". Tales variaciones hacen que sea muy difícil predecir analíticamente el contenido de frecuencia de su salida. Debido a que hay una línea muy fina entre que las oscilaciones se reduzcan a la nada, y que las oscilaciones crezcan sin límites, incluso los circuitos que están destinados a producir ondas sinusoidales generalmente tienen una ganancia que a veces es mayor que 1 y, a veces, menor que uno, aunque idealmente, hay un mecanismo de control de ganancia que intentará establecerse en el valor correcto.

Por cierto, algunos circuitos usan bombillas incandescentes para ese propósito, ya que su resistencia varía con la temperatura. Si la potencia suministrada a una bombilla es proporcional a la intensidad de la señal de un oscilador, y si un aumento en la resistencia causará una reducción en la ganancia, entonces la temperatura de la bombilla tenderá a alcanzar un equilibrio donde la ganancia es 1. Si La frecuencia en cuestión es lo suficientemente rápida, la bombilla solo se calentará o enfriará un poco durante cada ciclo, lo que permitirá que se generen ondas sinusoidales razonablemente limpias.

Addendum

En lugar de usar el término "ganancia constante", puede ser más útil usar el término "circuito lineal". Tomar prestada una analogía de una revista que leí hace algunos años, comparar "circuitos lineales" con "circuitos no lineales" es como comparar "biología canguro" con "biología no canguro"; Los circuitos lineales son una subcategoría particular de circuitos, y los circuitos no lineales son todo lo demás.

Una caja negra lineal de una entrada y una salida es una que toma una señal de entrada y produce una señal de salida, con la característica de que si F (x) representa la señal producida por la caja cuando se alimenta la señal x, y si A y B son dos señales de entrada, entonces F (A + B) será igual a F (A) + F (B). Hay muchos tipos de cosas que una caja negra lineal puede hacer a una señal, pero todas deben obedecer el criterio anterior. La salida producida por una caja negra lineal cuando se le da una combinación de muchas señales de frecuencia diferentes será la suma de las salidas que se producirían para cada frecuencia aislada.

El comportamiento de muchos circuitos prácticos es similar al de una caja negra lineal de una entrada y una entrada. Dado que cualquier onda que no sea una onda sinusoidal es una combinación de ondas sinusoidales en múltiples frecuencias, para que un circuito oscile con otra cosa que no sea una onda sinusoidal, debe haber múltiples frecuencias que, si se alimentan individualmente, hacen que la salida coincida con precisión La entrada en fase y amplitud. Si bien es ciertamente posible construir tales circuitos, la mayoría de los circuitos prácticos solo tendrán una frecuencia en la que ocurrirá tal comportamiento.

    
respondido por el supercat
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¿Por qué un oscilador produce ondas sinusoidales?

A menudo, las ondas sinusoidales son la salida deseada, por ejemplo, en un sistema de radio donde queremos transmitir solo en una banda de frecuencia específica. Realmente tenemos que trabajar mucho para diseñar un oscilador que produzca una salida de onda sinusoidal pura.

Generalmente, por análisis de Fourier, cualquier señal repetitiva puede verse como una suma de ondas sinusoidales relacionadas armónicamente. Si lo que queremos es una onda sinusoidal, todo el contenido de armónicos se considera distorsión armónica , y necesita usar un diseño cuidadoso y / o filtros de salida para eliminarlo.

  

También sé el principio de un generador de onda cuadrada que usa op-amp, pero no es un oscilador y funciona según el principio de saturación de op-amp. ¿Tengo razón al afirmar que el oscilador y el generador de onda cuadrado son diferentes?

Si oscila, todavía lo consideraría un oscilador. Específicamente, el circuito de amplificador operacional en el que probablemente estás pensando es una forma de oscilador de relajación . Wikipedia incluso utiliza un diagrama de un oscilador de amplificador operacional como la primera ilustración en su página en Osciladores electrónicos .

Editar En respuesta a su comentario, contenido armónico es el contenido en frecuencias que son armónicas (múltiplos) de la frecuencia operativa fundamental. Por ejemplo, desde un oscilador de 1 kHz obtendrá una salida a 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, etc.

El oscilador no lo filtra, pero puede agregar un filtro en la salida de su oscilador para tratar de filtrarlo.

Si desea una salida de onda sinusoidal, diseñe el oscilador con cuidado para generar el menor contenido de armónicos posible. Pero en general, no importa lo cuidadoso que seas, habrá algunos armónicos en la salida. No se extinguen con el tiempo, son parte de la salida siempre que el oscilador funcione. La respuesta de Supercat explica algunas de las razones por las que la distorsión armónica en la salida es inevitable.

El contenido de armónicos a menudo es indeseable, por lo que intenta diseñar su oscilador para que no lo produzca, pero no hay componentes perfectos, por lo que siempre está atascado con algo de distorsión armónica en la salida.

    
respondido por el The Photon
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Teóricamente, los osciladores de puente RC y Wien generan una frecuencia de salida única en un punto preciso determinable en el espectro. Este punto preciso en el espectro producirá una señal de realimentación que es:

  • un cambio de fase de 180º (más una inversión de amplificador = 360º) o
  • un cambio de fase de 360º con un amplificador no inversor

En otras frecuencias, el cambio de fase será diferente y no mantendrá la oscilación. Una onda sinusoidal es un punto único en el espectro, por lo que estos osciladores producen una onda sinusoidal.

    
respondido por el Andy aka

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