Los amplificadores operacionales pueden funcionar como excelentes osciladores de bajas frecuencias cuando se utilizan en la configuración de osciladores de relajación. En este artículo mostramos a los lectores cómo utilizar un amplificador operacional para obtener un oscilador de ondas rectangulares de buen rendimiento.
En la figura 1 tenemos el circuito básico de un oscilador de relajación usando un amplificador operacional. Para un montaje práctico se pueden utilizar los amplificadores más comunes como el 741, 709, etc.
El principio de funcionamiento de este oscilador es el siguiente:
En el circuito hay dos divisores de tensión que se conectan a la salida del amplificador. El primer divisor de tensión formado por R2 y R3 tiene su salida conectada a la entrada no inversora del amplificador operacional, mientras que el otro formado por R1 y C1 es un divisor que determina la frecuencia de operación del circuito, pues el condensador presentará una tensión que depende del tiempo de carga del mismo a través de la resistencia R1.
El amplificador operativo funciona entonces como un comparador de voltaje regenerativo, el cual es accionado por los niveles relativos de las dos tensiones.
Al estar C1 inicialmente descargado el amplificador operacional es excitado solamente por la entrada no inversora de modo que en su salida estamos con una excursión máxima de la señal de salida en el sentido positivo.
Esto significa que el capacitor empieza a cargarse a través de la resistencia R1.
El lector que a medida que la tensión en C1 aumenta, disminuye la diferencia entre la entrada inversora y no inversora en lo que se refiere al valor de tensión, lo que significa que la acción del circuito es tal que no tenemos la forma de onda diente de sierra normal, pero sí una forma de onda triangular como muestra la misma figura 1.
Cuando la tensión de la entrada inversora en la que está conectado el capacitor alcanza el mismo valor de la tensión en la entrada no inversora que se toma como referencia, siendo la mitad de la tensión máxima de salida, hay la conmutación del circuito en el sentido de que comienza a ocurrir una inversión en la polaridad de la tensión de salida que tiende para la excursión negativa.
Como la acción regenerativa del circuito es muy aguda, la excursión al punto máximo negativo de la tensión de salida es muy rápida de modo que se obtiene con ello la forma de onda rectangular que caracteriza el mismo.
Con el cambio de polaridad de la salida, el capacitor comienza a descargarse a través del mismo resistor R1, es el punto en que nuevamente la tensión en sus extremos alcanza el valor negativo de referencia que es dado por el divisor formado por R2 y R3. En este momento ocurre una nueva acción regenerativa y el circuito conmuta para su excursión máxima de salida.
El lector que, como característica importante de este circuito en el que se obtiene una forma de onda triangular en el condensador es que tanto el tiempo de subida de esta tensión como de descenso depende enteramente de la constante de tiempo RC del circuito.
Como esta constante de tiempo actúa para efecto de comparación de tensión en el circuito del amplificador operacional, no en su dependencia en relación a la tensión de alimentación. Esto significa una excelente estabilidad para este tipo de oscilador que no se ve afectado por la tensión de la fuente de alimentación.
Para variar la frecuencia producida por este tipo de oscilador basta, por lo tanto, cambiar el valor del capacitor C1 y del resistor R1.
Recordemos que el amplificador operacional en este circuito debe ser alimentado con una fuente simétrica, y que la señal rectangular obtenida, también perfectamente simétrico, tendrá semiciclos positivos y negativos totales.
En la figura 2 tenemos un circuito práctico en el que un amplificador operacional 741 puede ser utilizado como oscilador de frecuencia variable con salida rectangular entre 500 y 5 kHz.
El control en el caso de la frecuencia es hecho no por la alteración del resistor RL sino por el nivel de referencia de la entrada no inversora, o sea, en el divisor de tensión.
Al bajar el valor de la tensión de referencia, se obtiene mayor velocidad operacional, pues la tensión menor de comparación se alcanza más rápidamente en el condensador.
Para controlar la intensidad de la señal de salida se puede utilizar un segundo potenciómetro entre el terminal 6 del amplificador operacional y el punto de 0 V del circuito.
Este potenciómetro debe tener un valor mínimo de 50 ohmios, ya que esta es la menor resistencia admitida como carga para este tipo de amplificador operacional.
El valor ideal, sin embargo, estará alrededor de 5 k para obtener una buena linealidad de funcionamiento sin cargar el circuito.
Para otras bandas de frecuencia que pueden ser variadas en la misma proporción bastará con cambiar el valor del capacitor C1.
Por ejemplo, si utilizamos para C1 un capacitor de 0,1 uF tendremos una variación de frecuencia de 50 Hz hasta 500 Hz.
Debemos recordar que el amplificador operacional en cuestión no funciona apropiadamente en frecuencias superiores a 10 kHz cuando su ganancia puede caer a punto de influir en la estabilidad de las oscilaciones.