Oscilador

Conforme mencionamos na aula passada, a realimentação positiva é instável, mas pode ser utilizada em circuitos osciladores. Estudaremos agora um oscilador que gera uma onda quadrada ao alternar a sua saída entre a saturação V+ e V-. Este circuito, ilustrado na Figura 5, também é chamado de astável, pois oscila entre duas saídas instáveis.

Neste circuito, estamos utilizando o amplificador operacional como um comparador, que já foi apresentado no início desta aula. Neste caso, se V₊ > V_- , a saída V_s = +VCC e do contrário será –VCC. Com a saída em +VCC o capacitor C começa a se carregar tendendo à tensão V_s. No entanto, quando:

A saída passará para –VCC e o capacitor começará a carregar-se tendendo à nova saída, que tem polaridade oposta à anterior. A tensão no capacitor se tornará mais negativa que a entrada V₊, fazendo com que a saída inverta novamente e o ciclo se reinicie. Para ficar mais claro, a Figura 6 mostra os sinais de tensão de saída V_s em azul e do capacitor V_c em vermelho.

Neste exemplo, as ondas são simétricas, pois foi utilizada uma fonte simétrica para alimentar o amp-op. Além disso, o tempo que a saída permanece em cada um dos estados é igual, pois a carga do capacitor passa pelo mesmo resistor em ambos os sentidos. Podemos calcular o período da onda pela equação:

Não se assuste com a fórmula! Ela parece complexa mas é bastante simples! “Ln” é uma função específica chamada logaritmo natural. Se você nunca a estudou antes, poderá encontrar mais informações sobre ela na próxima sessão, leituras complementares. R é o valor da resistência R, C o valor da capacitância do capacitor utilizado e  é apenas uma razão entre os resistores 1 e 2:

Com um simples ajuste podemos alterar o tempo de permanência da saída em cada estado (semiperíodo) individualmente. Para isso, fazemos com que a corrente passe por resistores diferentes em cada situação, como mostrado na Figura 7.

Neste circuito, os diodos garantem que a corrente elétrica só passe pelo resistor ligado a ele quando a corrente estiver no sentido de condução do diodo. Portanto, quando V_s = +VCC o capacitor carregará pelo R₄ e no outro caso pelo R₃. O cálculo do semiperíodo de cada estado será T/2, com o respectivo resistor em que a corrente está sendo conduzida.