Oscilador por corrimiento de fase en atraso con Opamp

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El siguiente proyecto es un oscilador senoidal RC, conocido con el nombre de oscilador por corrimiento de fase en atraso. El circuito es muy parecido al oscilador por corrimiento de fase en adelanto, con la diferencia  que la red de realimentación en vez de ser un filtro pasa altos, es un filtro pasa bajos . El circuito es como se muestra a continuación:
Circuito Oscilador por corrimiento de fase en atraso con amplificador operacional
Tiene dos partes, un filtro pasa bajos pasivo de tercer orden RC, y un amplificador inversor. El filtro tiene como entrada la salida del amplificador vo, y su salida vx se realimenta a la entrada del amplificador inversor. El filtro desplaza la señal del oscilador -180 grados, y el amplificador inversor la desplaza otros -180 grados, en total un desplazamiento de fase de -360 grados. Ahora como ganancia del filtro es menor que la unidad, ya que es un filtro pasivo, la función del amplificador inversor es compensar esta perdida, haciendo que el oscilador tenga una ganancia constante A igual a la unidad. Para entender mejor se analizará cada etapa, empezando por el filtro pasa bajos, el circuito es el siguiente:
Su función de transferencia es la siguiente:
Reemplazando s por jω tenemos lo siguiente:
Ya con la anterior función se puede hallar la magnitud:
Y también la fase:
En vista que sabemos que el desplazamiento que debe fase que debe dar el filtro es de -180 grados, entonces tenemos:
Para que el resultado sea 180 grados, el numerador debe ser igual a cero, y el denominador debe ser un número negativo. Entonces igualamos el numerador a cero, tenemos entonces:
Resolviendo tenemos:
Y reemplazando en la ecuación de magnitud tenemos:
Entonces sabemos que la magnitud del filtro es de 1/56. Entonces para compensar la pérdida del filtro la ganancia del amplificador inversor debe ser de 56. Tenemos entonces:
Ya con todo lo anterior, las ecuaciones de diseño son:
Tenga en cuenta:
- Este oscilador genera una señal senoidal.
- La salida del oscilador se toma en la salida del amplificador inversor.
- El valor de C es libre. Escoger el valor más adecuado.
- La amplitud del oscilador se mantendrá entre los voltajes VOH y VOL. Es decir el pico positivo del oscilador será VOH, y el pico negativo del oscilador sera VOL.
- En caso de que el oscilador se sature, se debe disminuir la ganancia del amplificador inversor, es decir disminuir un poco el valor de RF.
- Los valores de los componentes deben ser lo más cercanos a los hallados con las ecuaciones.
Para entender mejor se realizarán 2 ejemplos.
Descarga la simulación en proteus 7.9 de Oscilador por corrimiento de fase en atraso aquí.
Descarga la simulación en proteus 8.3 de Oscilador por corrimiento de fase en atraso aquí.
Ejemplo 1. Diseñe un oscilador por corrimiento de fase para una frecuencia de 1kHz.
Solución. Se realizará con el circuito LM324. Además se usará una fuente dual de 12 voltios. Se escoge como valor de C 100nF. Ahora se halla el valor de R:
Ya con R se puede hallar el valor de RF:
El circuito queda de la siguiente manera:
Y la simulación es la siguiente:
La linea de color amarilla es la señal de salida. Para arreglar la saturación que se presenta se debe disminuir el un poco el valor de RF. La frecuencia de oscilación es de 1 kHz.
Ejemplo 2. Diseñe un oscilador por corrimiento de fase en atraso para una frecuencia de 5kHz.
Solución. Se usará el amplificador LF351 y una fuente dual de 12 voltios. El valor de C será de 100nF, aunque se puede escoger cualquier otro. Ahora se halla el valor de R:
Y ahora se halla el valor de RF:
El circuito es el siguiente:
Y la simulación es la siguiente:
La línea de color amarilla es la salida del oscilador. Nuevamente para arreglar la saturación se debe disminuir un poco el valor de la resistencia RF. La frecuencia del oscilador es de 5 kHz.

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