Dezenas de projetos que publicamos se baseiam em circuitos denominados osciladores. 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 importantes experiências com circuitos práticos. Sugerimos aos leitores que procurem fazer estas experiências montando os circuitos em ponte de terminais ou mesmo em matrizes de contatos.
O que é um oscilador? Em eletrônica é frequente a necessidade de produzirmos 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 (ou 15 quilohertz), quando aplicarmos a corrente num alto-falante obteremos sons. Se a frequência for muito mais alta, digamos entre 100 000 Hz e 100 000 000 Hz (100 quilohertz e 100 megahertz), quando fizermos aplicação da corrente numa 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 ocorre sua variação. Isso é representado por uma “forma de onda", conforme mostra a fig. 1.
No primeiro caso, temos a denominada forma de onda mais comum que corresponde a senoidal (a). Esta é a forma de onda que muitos corpos tendem a produzir quando vibram naturalmente. No caso da eletrônica, muitos circuitos ao serem obrigados a produzir oscilações geram correntes com altas variações. Dizemos que a forma de onda é senoidal, pois obedece a uma função trigonométrica denominada seno (abreviada por sen).
A segunda forma de onda é retangular, sendo produzida por circuitos que são capazes de ligar e desligar rapidamente. Esta não é uma oscilação pura como a senoidal. Na verdade, segundo um matemático chamado Fourier, 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 frequência múltipla 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 corrente adicional ou espúria de frequência múltipla.
Já um oscilador de forma de onda retangular gera um sinal que é composto de muitas harmônicas, as quais se estendem a frequências muito elevadas.
Como Gerar um Sinal
Um oscilador em sua estrutura mais simples consiste num amplificador e um sistema de realimentação que aplica parte do sinal da saída na sua própria entrada. (figura 3)
O sinal passa a “girar" pelo circuito reforçando-se a si mesmo e com isso levando o circuito a oscilar. Você tem um exemplo de um oscilador quando abre o controle de volume de um amplificador em que exista um microfone ligado na entrada: o som produzido pelo alto-falante é amplificado ao ser captado pelo microfone, produzindo assim novo som que novamente é captado, levando o circuito a oscilar com a produção de um forte apito. Este fenômeno chama-se microfonia ou realimentação acústica.
Num oscilador o sinal de realimentação vai da saída para a entrada através de componentes que normalmente também influem na frequência em que ele opera.
Damos a seguir alguns circuitos comuns de osciladores analisando o seu funcionamento.
OSCILADOR HARTLEY
Este oscilador tem a configuração básica mostrada na figura 4.
A bobina L1 e o capacitor C2 formam um circuito ressonante que tende a oscilar numa frequência única. Este circuito determina a frequência de operação do oscilador.
A bobina L1 deste circuito tem uma tomada central (CT = Center tape) de tal modo que, dela para baixo, em direção ao coletor do transistor, formamos o enrola mento primário de um transformador que recebe a energia do circuito. É a ”carga" do oscilador.
Da tomada para cima temos o secundário que serve para inverter a fase do sinal, e levá-lo de volta à entrada do transistor, ou seja, fazer a realimentação através do capacitor C1. Assim, parte do sinal “gira" no percurso mostrado peias linhas pontilhadas da figura, enquanto o que sobra da amplificação, ou seja, o “excesso”, pode ser retirado para o circuito exterior via C3.
Veja que o transistor precisa ter ganho, ou seja, aumentar a intensidade do sinal. Se isso não acontecer, não podemos retirar sinal do oscilador para usar externamente. A retirada reduziria a realimentação e o circuito pararia de oscilar.
OSCILADOR COMPLEMENTAR
Este é um tipo de oscilador que utilizamos bastante em nossos projetos, tendo a configuração básica mostrada na figura 5.
São usados 2 transistores, um NPN e um PNP formando o amplificador. O sinal de realimentação é tirado da saída (L1) é levado de volta à entrada via Cl e R2.
O resistor de polarização de base R1 através do qual C1 se carrega e descarrega determina juntamente com este capacitor (C1) a frequência do oscilador.
Utilizando um potenciômetro em lugar de R1 podemos controlar a frequência do oscilador. Este circuito opera muito bem em frequências da faixa de áudio.
OSCILADOR DUPLO T
O nome deste circuito vem do fato de termos dois circuitos em forma de “T" formado por resistores e capacitores. O primeiro T tem por componentes R1, R2 e C1. O segundo T tem por componentes C2, C3 e R3. (figura 6).
Para que este circuito funcione, os componentes usados nos dois “T" devem ter valores bem definidos. Assim, Cl deve ter o dobro do valor de C2 e C3 (que são iguais). Já os resistores são tais que R1 e R2 são iguais, e R3 deve ser a metade destes.
Usamos em lugar de R3 fixo um resistor em série com um trimpot de modo a ajustar o ponto de oscilação.
Veja na figura o percurso do sinal de realimentação. Este circuito produz um sinal senoidal, sendo indicado para aplicações em baixas frequências, até 20 000 Hz, por exemplo.
OSCILADOR ARMSTRONG
Este circuito utiliza duas bobinas, formando um transformador, de tal forma que um enrolamento (L1) determina a frequência de operação juntamente com C3. (figura 7)
O outro enrolamento proporciona a realimentação para o transistor, a qual mantém as oscilações. Este circuito é bastante utilizado em aplicações de médias e altas frequências, já que, para as baixas frequências, a indutância de L1 teria de ser muito grande, implicando assim em bobinas de muitas voltas de fio.
Circuitos Práticos Para Você Experimentar
Damos a seguir alguns circuitos de osciladores, indicando em quais componentes você pode “mexer" verificando assim sua influência no funcionamento do aparelho. Explicaremos também como proceder para levar cada circuito & operar na frequência que você deseja.
1. Oscilador Hartley
Na figura 8 damos um oscilador Hartley que, em principio, pode funcionar tanto com transistores NPN como PNP. No caso de PNP basta inverter a fonte de alimentação que consiste em duas ou quatro pilhas.
Este circuito opera na faixa de áudio entre 15 Hz e 15 000 Hz, dependendo das características de T1.
Veja então que T1 juntamente com C2 formam o circuito tanque (carga) que determina a frequência básica de operação do oscilador. Em P1 controlamos através da realimentação a frequência numa certa faixa de valores.
Na figura 9 temos a montagem realizada numa ponte de terminais isolados.
Será conveniente fixar esta ponte sobre uma tabuinha para facilitar o trabalho de levar o aparelho de um lugar para outro.
O transformador de saída é um componente importante neste projeto, devendo ser usado um tipo retirado de rádio portátil; Se for usado um driver em seu lugar (a confusão é fácil pois por fora são iguais) as espiras dos enrolamentos não "casarão" com as características dos componentes e as oscilações não serão produzidas.
Nossa sugestão é que o leitor altere o valor de C2 entre 1nF e 100 nF para ver o que acontece com a frequência, o mesmo se dando em relação a C1.
Para C1 experimente aumentar o valor até 100 uF para ver o que acontece.
2. Oscilador de 2 transistores
O circuito proposto é mostrado na figura 10 e opera na faixa de áudio, ou seja, vai produzir sons audíveis quando ligado ao alto-falante.
O capacitor C1 pode ser de qualquer tipo e recomendamos Que você faça experiências com qualquer valor que tiver para ver o que ocorre com a frequência. Altere também R2, mas este na faixa de 330 ohms até 10 k.
A montagem numa ponte de terminais é mostrada na figura 11.
Não recomendamos a utilização de transistores equivalentes para este circuito, mas você pode fazer experiências. O potenciômetro P1 na verdade pode ter valores até 470 k.
3. Oscilador de alta frequência
Temos finalmente um circuito que vai operar entre 550 e 1 000 kHz que corresponde à faixa de ondas médias. Trata-se de um verdadeiro transmissor experimental de onda contínua que alcançará alguns metros. Uma antena pode ser ligada ao coletor de Q1. (figura 1)
A bobina é um componente critico deste circuito. Você deve enrolar de 70 a 100 voltas de fio esmaltado (de 26 a 30) num bastão de ferrite de qualquer tamanho. Sobre esta bobina ou ao lado, conforme mostra a figura, você enrolará L2 que consta de 10 a 30 voltas do mesmo fio.
Raspe bem as pontas do fio para fazer a soldagem, tudo como mostra a realização prática em ponte da figura 13.
O variável é miniatura aproveitado de velhos rádios e fará a variação da frequência. Operando este oscilador, você deve ligar um rádio transistorizado fora de estação nas proximidades e, ajustando CV, captará seu sinal que consiste numa espécie de “sopro", pois trata-se de uma ”onda" sem modulação.
Se ao ligar não conseguir captar nada, inverta os fios 1 e 2 do desenho em ponte.
Os capacitores C1 e C2 devem ser cerâmicos para garantir o melhor funcionamento.
Você também pode experimentar transistores PNP neste circuito bastando inverter a polaridade da fonte de alimentação (suporte de pilhas).
Se usar um transistor para alta frequência como o BF494, pode fazer experiências reduzindo o número de espiras tanto de L1 como L2. Para L1 com 15 espiras e L2 com 5 você operará em ondas curtas, em torno de 12 MHz, quando então o alcance do oscilador com uma pequena antena chegará a algumas dezenas de metros.
O oscilador pode ser modulado com a ligação de um microfone de cristal em paralelo com R1 e C1. Não use outro tipo de microfone!
