Osciladores são a base de uma infinidade de circuitos eletrônicos. Gerando sinais com as mais diversas formas de onda e frequências esses circuitos podem ser elaborados com componentes de todos os tipos e configurações que mexem com a imaginação dos leitores. Como funcionam os osciladores, o que fazem os osciladores e como determinar a frequência em que operam é o que explicaremos neste artigo, acompanhado de interessantes experiências e circuitos práticos. Sugerimos que os circuitos descritos aqui sejam montados em matrizes de contatos para que o leitor tenha uma ideia melhor de seu princípio de funcionamento.
O que é um oscilador? Em eletrônica é frequente a necessidade de se gerar correntes que variem segundo um ritmo determinado, ou seja, correntes que correspondam a um certo número de vibrações.
Se a frequência for relativamente baixa, entre 15 e 15 000 oscilações em cada segundo, o que será dito entre 15 hertz e 15 000 hertz (Hz), quando a aplicarmos a um alto-falante obteremos sons.
Se a frequência for muito mais alta, por exemplo entre 100 kHz e mais de 1 GHz (G – Giga – bilhão), e a aplicarmos a uma antena, teremos ondas de rádio.
O que caracteriza uma corrente produzida por um oscilador é a sua forma de onda, ou seja, o modo como ocorrem as variações. Isso é representado por um gráfico do tipo mostrado na figura 1. Nesse gráfico temos as formas de onda mais comuns encontradas nos circuitos eletrônicos.
No primeiro caso, temos a forma de onda mais comum é a senoidal (a). Esta é a forma de onda “natural” pois, a maioria dos corpos tende a esse tipo de vibração.
No entanto, os circuitos eletrônicos podem produzir correntes com formas de ondas diferentes, como as do segundo tipo e terceiro tipo.
No segundo caso, por exemplo, (b), temos uma forma de onda retangular que é produzida por circuitos capazes de ligar e desligar rapidamente.
Esta não é uma oscilação pura como a senoidal.
Na verdade, segundo Fourier (matemático), podemos imaginar a forma de onda retangular como composta de uma superposição de muitas formas de onda senoidais, cada qual tendo uma frequência múltipla da anterior, conforme mostra a figura 2.
Estas formas de frequências múltiplas são denominadas “harmônicas”.
Veja então que, se um circuito produz um sinal senoidal de frequência determinada, este sinal pode ser considerado puro, no sentido de que ele não possui nenhuma frequência múltipla ou harmônica.
Já, um oscilador de forma de onda retangular gera um sinal que é rico em harmônicas, as quais podem atingir frequências as mais elevadas.
Como Gerar Um Sinal
Um oscilador, em sua estrutura mais simples, consiste num amplificador e um sistema de realimentação que aplica parte dos sinais de saída de volta a sua própria entrada, conforme mostra a figura 3.
O sinal passa então a “girar” pelo circuito indo e voltando, reforçando a si mesmo e, com isso, levando o circuito a um estado de oscilação.
Você tem um exemplo de um oscilador quando abre o controle de volume de um amplificador que tenha um microfone ligado à entrada.
O som produzido pelo alto-falante é captado pelo microfone e amplificado, sendo reproduzido novamente pelo alto-falante e captado de volta pelo microfone, girando numa velocidade que produz um forte apito. Esse apito é denominado “microfonia”.
Num oscilador o sinal de realimentação passa da saída para entrada através de um conjunto de componente, denominado “rede de realimentação” o qual tem por finalidade determina a frequência de operação do oscilador.
Damos a seguir alguns tipos de osciladores usados em aplicações práticas comuns, fazendo uma breve análise de seu funcionamento.
Oscilador Hartley
O oscilador Hartley básico tem a configuração mostrada na figura 4.
A bobina L1 e o capacitor C2 formam um circuito ressonante que tende a oscilar numa única frequência. Este é o circuito que determina a frequência do oscilador.
A bobina L1 deste circuito possui uma derivação de modo que, do centro para baixo temos o enrolamento primário de um transformador que serve de carga para o circuito.
Da tomada central para cima (CT), temos o secundário de um transformador que realimenta o circuito.
Veja que este enrolamento é feito de tal forma que a fase do sinal inverte, condição necessária para que o transistor opere e com isso as oscilações sejam mantidas.
O sinal é aplicado ao transistor através de C1.
Neste circuito temos então uma parte do sinal que é aproveitada na saída, sendo retirada do circuito através de C3 e uma parte que “gira” com a finalidade de manter as oscilações.
Uma condição importante para que este tipo de circuito funcione é que o transistor tenha “ganho”, ou seja, seja capaz de amplificar o sinal.
Se o sinal em sua saída for mais fraco que o da entrada, as oscilações diminuem de intensidade e param.
Com ganho, o excesso das oscilações pode ser retirado do circuito é usado.
Lembre-se que não é possível criar energia, assim, o circuito deve estar constantemente alimentado para que funcione.
O oscilador Hartley pode ser usado para produzir oscilações desde alguns hertz até mais de 50 MHz.
Oscilador Complementar
Este é um tipo de oscilador que, pela sua simplicidade, não necessidade de bobinas, é ideal para aplicações em que se necessita gerar um sinal de áudio para alimentar um alto-falante.
Por esse motivo usamos bastante este oscilador em nossos projetos.
Na figura 5 temos a sua configuração básica.
São usados 2 transistores, um NPN e outro PNP ligados em acoplamento direto de modo a formar um amplificador de alto-ganho.
O sinal de realimentação é retirado da saída do segundo transistor (coletor) e aplicado de volta à base do primeiro transistor através de C1 e R2.
O capacitor C1, juntamente com o resistor R1 determinam a constante de tempo do circuito de realimentação e com isso a frequência do oscilador.
Valores típicos de R1 estão na faixa de 2,2 k Ω a 1 M Ω e para C1 podemos ter valores entre 10 nF e 10 µF.
Usando um potenciômetro em lugar de R1 podemos controlar a frequência deste oscilador. L1 pode ser um alto-falante comum.
Oscilador de Duplo T
O nome deste oscilador vem do fato de termos dois circuitos formando um “T” com resistores e capacitores, para a rede de realimentação.
O primeiro T usa os componentes R1, R2 e C1. O segundo T usa como componentes C2, C3 e R3.
Na figura 6 mostramos a configuração básica deste oscilador usando um transistor NPN.
Para que este circuito funciona os componentes usados no duplo T devem ter uma relação de valores muito bem determinada.
Assim, C2 deve ser o dobro de C2 e C3 enquanto que R1 e R2 devem ter a metade do valor de R3.
É comum usar para R3 um trimpot de ajuste e assim levar o oscilador a operar numa frequência ajustada por este componente.
Na mesma figura 6 mostramos o percurso da corrente de realimentação do oscilador de duplo T.
Oscilador de Armstrong ou de Bloqueio
Este oscilador utiliza duas bobinas que formam um transformador com um núcleo comum.
A primeira bobina (L1) determina a frequência juntamente com C3, conforme mostra a figura 7.
O outro enrolamento do transformador (L2) serve para o circuito de realimentação aplicando o sinal à base do transistor.
O resistor R1 serve de polarização para o transistor juntamente com R3 enquanto que C1 faz o desacoplamento da bobina. O sinal gerado é retirado de C4.
Este oscilador pode gerar sinais em frequências que chegam a várias dezenas de megahertz.
Para baixas frequências, este circuito não é recomendado já que bobina deveria ter uma grande indutância.
Circuitos Práticos Para Experimentar
Damos a seguir alguns circuitos de osciladores, indicando em quais componentes o leitor pode “mexer” verificando assim sua influência no funcionamento.
Explicaremos também como proceder para levar cada circuito a operar na frequência desejada.
Oscilador Hartley
Na figura 8 damos um oscilador Hartley simples que, em princípio, pode funcionar tanto com transistores NPN como PNP, bastando inverter a polaridade da fonte de alimentação.
Este circuito pode gerar sinais na faixa de 10 Hz até mais de 20 kHz, dependendo apenas das características do transformador usado.
T1 é um transformador de saída retirado de um rádio transistorizado fora de uso.
Juntamente com C2, o enrolamento primário do transformador determina a frequência do oscilador.
Essa frequência pode ser ajustada ainda pela ação do circuito de realimentação através de P1.
Como o transformador tem um enrolamento de baixa impedância, ele pode alimentar um alto-falante diretamente.
Para fazer experiências com o circuito altere tanto o capacitor C1 como C2. C2 pode ficar entre 10 nF e 100 nF ebnquanto ue C1 pode ficar entre 1 nF e 10 µF tipicamente.
Oscilador com 2 transistores
O circuito proposto é mostrado na figura 9, sendo capaz de gerar sinais na faixa de áudio, reproduzidos num alto-falante.
O capacitor C1 pode ser de qualquer tipo e seu valor poderá ser alterado na faixa de 10 nF a 470 nF.
Altere também R2 mas este componente não deve ficar fora da faixa de 330 Ω a 10 k Ω.
Com valores de C1 acima de 470 nF o oscilador vai produzir estalidos intervalados funcionando como um metrônomo.
Oscilador de Alta frequência
Terminamos nossa série de circuitos práticos com um oscilador de bloqueio que gerará um sinal na faixa das ondas médias entre 550 kHz e 1600 kHz.
Este sinal poderá se captado em qualquer rádio AM colocado nas proximidades. O circuito completo é mostrado na figura 10.
A bobina L1 será enrolada num bastão de ferrite que pode ser aproveitado de um rádio de ondas médias fora de uso.
O enrolamento primário (L1) é formado por 70 a 100 voltas de fio esmaltado fino (20 a 32) enquanto que L2 é formada por 10 a 30 voltas do mesmo fio sobre L1.
Para conectar a bobina na matriz de contactos, raspe bem as pontas dos fios, de modo a retirar o esmalte que os recobre.
O capacitor variável é retirado de um radio de ondas médias comum.
Neste componente é feito o ajuste do ponto de funcionamento, ou seja, a frequência de operação.
Os capacitores C1 e C2 podem ser cerâmicos ou styroflex. Para usar transistores PNP, inverta a polaridade do suporte de pilhas.
Para testar, ligue um radinho na proximidades e acione S1.
Ajuste CV até captar o sinal. Se nada ocorrer, inverta os fios de L1 ou de L2.
A bobina pode ser alterada para se gerar sinais na faixa de ondas curtas. Para isso, reduza L1 para 20 espiras e L2 para 6 espiras.
O circuito operará em torno de 12 MHz e com uma antena de 2 a 5 metros o sinal poderá ser captado a mais de 10 metros de distância num receptor sensível.
Ligando uma cápsula de alta impedância em paralelo com R1 os sinais podem ser modulados e sua voz transmitida. O circuito oscilador terá sido transformado num transmissor.
Conclusão
Os osciladores que vimos são apenas alguns dos mais usados nos circuitos eletrônicos.
Existem muitas outras configurações interessantes como os osciladores de relaxação, deslocamento de fase, multivibradores, etc. que são de enorme importância também.
