Oscilador RC por Deslocamento de Fase

Gerador de onda senoidal com 1 transístor, sem indutores.

Figura 1 — Diagrama elétrico do oscilador RC por deslocamento de fase.

Na figura 1, temos o esquema básico do oscilador RC por "deslocamento de fase". Em princípio, a sua função é gerar uma tensão alternada senoidal, a partir da alimentação convencional obtida de fonte de corrente contínua (tensão B).

Aplicações gerais

O circuito presta-se muito bem para a faixa de audiofrequências.

Por exemplo, pode ser utilizado para produzir o sinal de áudio destinado à modulação da onda de alta frequência nos Geradores de RF (instrumentos utilizados para calibração de receptores de rádio e trabalhos afins).

Se devidamente conjugado a módulos amplificadores, chaveadores, misturadores, etc., o oscilador RC por "deslocamento de fase" pode ser empregado como "unidade geradora de sinal", em sistemas de efeitos sonoros; em aparelhos utilizados na produção de sinal de referência (geradores de áudio, diapasões eletrônicos, sistemas de alarme) e outros.

Princípio de funcionamento

A oscilação do circuito (observe a figura 1) é obtida realimentando-se o sinal da saída (coletor) para a entrada (base) do transístor (T1), através de uma rede (figura 2) constituída de 3 células RC que são C1/R1, C2/R2 e C3/Re, onde Re é a impedância de entrada do estágio amplificador.

Figura 2 — Circuito de realimentação do oscilador: 3 células "RC".

Esta rede RC provoca um defasamento de 180º no sinal de entrada em relação ao da saída; esta é a condição requerida para que ocorra a realimentação positiva e consequente oscilação, num circuito desse tipo.

A perfeição da senóide, bem como a própria oscilação do circuito dependem do ganho (fator de amplificação) do estágio amplificador, que pode ser regulado por meio de R4: um ganho insuficiente elimina as oscilações; um ganho excessivo deforma a senóide.

R6, colocado em série com os terminais de saída do oscilador tem valor suficientemente elevado para evitar que a carga a ele acoplada altere perceptivelmente o seu funcionamento. Obviamente, ocorrerá em R6 uma queda de tensão do sinal, tanto maior quanto maior a relação entre esse resistor e a impedância do dispositivo ou circuito ligado à saída do oscilador.

Se você quiser calcular a tensão de saída (V_Z) que "sobra" para a carga (Z) conectada à saída do oscilador RC, use a expressão:

Onde, se Z for dada em ohms, V_Z virá em volts pico-a-pico. 3,2 é a tensão de saída (aproximada) em volts pico-a-pico, especificada na figura 1.

As funções dos demais componentes são por demais conhecidas: C5 é um capacitor de bloqueio de CC; R3 polariza a base de T1; R5 é o resistor de carga do coletor; R4 (trimpot) provê certo grau de estabilidade ao circuito, no que se refere ao seu ponto de trabalho; C4 é um capacitor de desacoplamento convencional, mas esse desacoplamento é ajustável por meio de R4, o que permite ajustar ao nível adequado o ganho do circuito, que depende deste desacoplamento.

Frequências das oscilações

A frequência do sinal fornecido pelo oscilador é dada pela fórmula:

Onde R e C representam os valores escolhidos para cada resistor e capacitor da rede RC, respectivamente em ohms e farads. O resultado vem em hertz.

Se considerarmos a capacitância em nanofarads (nF), o que é muito prático, poderemos simplificar a equação para:

Isto significa que, se você desejar saber que valor de R deve empregar para obter determinada frequência, basta multiplicar esta frequência pelo valor de C (nF) e dividir 65.000.000 pelo resultado da multiplicação. Ou se quiser determinar o valor de C, multiplique a frequência por R (ohms) e divida 65.000.000 pelo resultado da multiplicação. Isto corresponde às seguintes equações:

Obviamente, a frequência poderá não ter o valor exato calculado, em razão da margem de imprecisão (tolerância) dos componentes; das resistências ou capacitâncias naturais do circuito e, principalmente de certos parâmetros do transístor, que dificilmente serão conhecidos com precisão. 

Figura 3 — Melhoramento sugerido

Uma forma de contornar este inconveniente é utilizar um resistor ajustável em série com um dos resistores da rede RC. Para o nosso circuito, sugerimos substituir R2 por 1KΩ em série com um trimpot de 1KΩ, como aparece na figura 3.

Teste

O teste de funcionamento do Oscilador consiste em ligar sua saída à entrada de um amplificador de áudio qualquer, ou a um fone auricular de cristal. Você ouvirá um tom (apito) de timbre suave, característico da forma de onda senoidal. Ajuste, então, R4 para a máxima "suavidade" (som típico da flauta doce). Experimente variar a frequência alterando os valores dos resistores ou dos capacitores da rede RC, em mais ou menos uns 30%. Isto se você não optou pelo melhoramento sugerido na figura 3.

A alimentação pode ser obtida de fontes convencionais de 6 volts. Serve um jogo de 4 pilhas comuns de 1,5 volt, de qualquer tamanho.

Lista de material

• T1 = Transístor BC547 ou similares
• R1 e R2 = 1K5
• R3 = 680KΩ
• R4 = 180Ω, trimpot (pode-se usar um valor aproximado)
• R5 = 2K2
• R6 = 47KΩ
• Re = ver texto (não se trata de um componente físico)
• C1, C2 e C3 = 47nF
• C4 = 22µF
• C5 = 100nF

Observações:

1. Tolerância dos componentes em geral: até 20% (não é crítica).
2. Potência de dissipação dos resistores: 1/4 W ou maior.
3. Tensão de trabalho dos capacitores: 10 volts ou mais.
4. Opcionais: trimpot de 1KΩ e resistor de 1KΩ (ver figura 3).