4.1 Osciladores de Feedback. Muitos sistemas requerem uma entrada na forma de um padrão periódico, geralmente sinusoidal, por exemplo, o LO necessário para conduzir os receptores heterodinais considerados nas últimas seções. Estes osciladores podem assumir várias formas. Os lasers controlados por cavidade são uma forma de oscilador de retorno. Assim como os osciladores de circuito de transistor utilizados em rádios domésticos e TV. Aqui vamos usar o exemplo de um simples oscilador eletrônico, mas lembre-se de que resultados semelhantes podem ser exibidos para muitos outros tipos de fonte de sinal coerente. O exemplo bem utilizado está ilustrado na figura 4.1a. Isso mostra um oscilador de mudança de fase do transistor. Todos os osciladores de feedback requerem algum dispositivo ou mecanismo que forneça ganho combinado com uma disposição de feedback que envia uma parte da saída dos sistemas de volta para ser re-amplificada após um atraso de tempo adequado. Em 4.1a, o ganho é fornecido pelo transistor. O feedback atrasado por tempo é fornecido pelos capacitores resistores de amplificador marcados C e R. Embora este sistema use um tipo particular de transistor e rede de feedback, podemos generalizar seu comportamento no arranjo ilustrado na figura 4.1b. Isso mostra um amplificador que possui um ganho de tensão, cuja saída e entrada estão ligadas através de uma rede de feedback. Isso retorna uma fração, da tensão de saída para a entrada dos amplificadores. Note-se que tanto os amplificadores quanto o fator de feedback são dependentes da freqüência. Em geral, tanto o amplificador como a rede de feedback alterarão a magnitude e a fase do sinal. Para ter isso em conta, é normal tratar tanto e como valores complexos. O amplificador e a rede de feedback formam um loop. Uma flutuação inicial do sinal na entrada dos amplificadores produzirá uma saída que, por sua vez, produz um novo sinal de entrada lsquoechoedrsquo na entrada dos amplificadores. Essa nova entrada, por sua vez, será ampliada e produzirá um novo eco na entrada, o qual. Etc. Depois de nsquotrips ao redor do looprsquo, a amplitude do mais novo eco será Ao olhar para esta expressão, podemos ver que se os ecos desaparecerem. No entanto, se arranjarmos isso, então o tamanho dos ecos tende a crescer com o tempo (ou pelo menos permanece constante se providenciarmos isso). Como resultado, descobrimos que um sinal inicial produz um sinal repetido e repetitivo cuja amplitude não se desvanece com o tempo desde que possamos garantir que cada eco ou ciclo de flutuação atrasado se deslocem no caudal da flutuação anterior com a mesma fase sinusoidal. Como resultado, desde que as duas expressões 4.5 amp. 4.6 estejam satisfeitas, só temos que conseguir o sistema kickrsquo fornecendo o ciclo inicial de entrada. As expressões 4.5 amp. 4.6 tomadas em conjunto são chamadas Critério Barkhausen. Qualquer sistema que satisfaça este critério é capaz de oscilar em qualquer freqüência para a qual as expressões são ambas verdadeiras. Note-se que, na prática, a expressão 4.6 geralmente é satisfeita apenas por um ou mais valores de frequência discreta, pelo que o sistema só pode oscilar nessas freqüências específicas. Também deve notar-se que o fato de que um sistema satisfaz o critério não garante que ele realmente oscilará. O processo deve ser iniciado por uma pequena flutuação inicial da freqüência correta. Se este chute de partida estiver ausente, o sistema pode simplesmente sentar-se em estado quiescente. Felizmente, qualquer pequena, breve, flutuação que contenha algum poder na frequência, f. Irá iniciar uma sequência de oscilações constantes ou crescentes naquela frequência. Na prática, isso significa que geralmente não precisamos fornecer uma entrada específica para iniciar o processo. O lsquoshockrsquo elétrico de ligar o amplificador dos osciladores (a fonte de ganho) geralmente é suficiente para fazer as coisas acontecerem. Caso contrário, o ruído aleatório presente em todos os sistemas físicos reais geralmente pode fornecer o pontapé de partida necessário. Qualquer pessoa familiarizada com a eletrônica pode ver que o oscilador de retorno é quase idêntico a um sistema de amplificação controlada por feedback. A única diferença é que um amplificador de comentários não deve satisfazer o Critério Barkhausen, enquanto um oscilador deve. Na prática, esta é uma das regras básicas da eletrônica, ldquo Todos os amplificadores de feedback tentam oscilar e todos os osciladores não têm muitos tipos diferentes de oscilador de feedback eletrônico. Se você tiver uma olhada nos livros de eletrônicos, você pode encontrar lsquoHartley Oscillatorsrsquo, lsquoColpitts Oscillatorsrsquo, lsquoWien Bridge Oscillatorsrsquo, etc., etc. Embora seus detalhes sejam diferentes, eles usam a mesma técnica de combinação de uma seção de ganho com um arranjo de feedback que fornece o atraso de tempo de fase Necessário para o sistema oscilar a uma freqüência específica. Podemos representar o comportamento de todo o sistema em termos de um ganho de loop global. E a frequência (ou frequências) que tem uma mudança de fase de loop onde a oscilação é possível como o (s) valor (ões), de modo que, em uma situação ideal, possamos esperar organizar que exista apenas uma freqüência onde exatamente igual a unidade. Se isso for feito, uma oscilação a esta frequência continuará para sempre sem que sua amplitude seja maior ou menor. No entanto, tendemos a achar que as oscilações só podem ser iniciadas quando. Isso faz com que as coisas aconteçam, mas isso significa que a amplitude da oscilação tende a aumentar exponencialmente com o passar do tempo. Em um sistema de oscilador real, esse crescimento acabará por ser limitado de alguma forma. Por exemplo, nos osciladores mostrados na figura 4.1, as oscilações de tensão serão limitadas pelo tamanho das tensões nos trilhos de potência que fornecem energia ao oscilador. (Naturalmente, o poder de oscilação deve vir de algum lugar e há sempre um limite na potência disponível). Em geral, portanto, um oscilador tende a iniciar, sua amplitude de oscilação cresce (geralmente rapidamente), até que seja limitada por algum processo ou recurso Do sistema. A ação desse processo limitante é reduzir o ganho de loop eficaz até que seu módulo seja unidade. A oscilação continua com uma forma de onda de uma amplitude essencialmente constante. O exemplo acima supõe que estavam considerando uma forma eletrônica de um simples oscilador harmônico. Daí gera uma onda de seno. Outras formas de oscilador podem produzir outros tipos de formas de onda, ondas quadradas, ondas triangulares, até ondas caóticas não periódicas. Cada sistema requer uma combinação de algum ganho com algum feedback. Conteúdo e páginas mantidas por: Jim Lesurf (jcglst-and. ac. uk) usando TechWriter Pro e HTMLEdit em uma máquina RISCOS com o StrongARM. University of St. Andrews, St Andrews, Fife KY16 9SS, Scotland. Feedback positivo Capítulo 8 - Amplificadores operacionais Como observamos, o feedback negativo é um princípio incrivelmente útil quando aplicado a amplificadores operacionais. É o que nos permite criar todos esses circuitos práticos, podendo definir com precisão ganhos, taxas e outros parâmetros significativos com apenas algumas mudanças de valores de resistência. O feedback negativo torna todos esses circuitos estáveis e auto-corretivos. O princípio básico do feedback negativo é que a saída tende a dirigir em uma direção que cria uma condição de equilíbrio (equilíbrio). Em um circuito op-amp sem feedback, não há mecanismo corretivo, e a tensão de saída irá saturar com a menor quantidade de tensão diferencial aplicada entre as entradas. O resultado é um comparador: com feedback negativo (a tensão de saída devolvida de alguma forma para a entrada inversora), o circuito tende a impedir que ele conduza a saída para a saturação total. Em vez disso, a tensão de saída é acionada tão alta quanto mais baixa quanto for necessário para equilibrar as duas tensões de entrada: se a saída é diretamente retornada para a entrada inversora (-) ou acoplada através de um conjunto de componentes, o efeito é o mesmo: O ganho de tensão diferencial extremamente elevado do amplificador operacional será domesticado e o circuito responderá de acordo com os ditames da saída de conexão do loop de retorno para a entrada inversora. Outro tipo de feedback, a saber, feedback positivo. Também encontra aplicação em circuitos op-amp. Ao contrário do feedback negativo, onde a tensão de saída é retornada para a entrada inversora (-), com feedback positivo a tensão de saída é de alguma forma roteada de volta para a entrada não invasora (). Na sua forma mais simples, podemos conectar um fio direto da saída à entrada não inversa e ver o que acontece: a entrada inversora permanece desconectada do circuito de feedback e é livre para receber uma tensão externa. Vejamos o que acontece se aterrarmos a entrada inversora: Com a entrada inversora aterrada (mantida a zero volts), a tensão de saída será ditada pela magnitude e polaridade da tensão na entrada não inversa. Se essa tensão for positiva, o amplificador op também impulsará sua saída positiva, alimentando essa voltagem positiva de volta para a entrada não invasiva, o que resultará em saturação de saída positiva total. Por outro lado, se a tensão na entrada não inversa for inicialmente negativa, a saída dos amplificadores opcionais irá direcionar na direção negativa, retornando a entrada não-inválida e resultando em saturação total negativa. O que temos aqui é um circuito cuja saída é biestable. Estável em um dos dois estados (saturado positivo ou negativo saturado). Uma vez que atingiu um desses estados saturados, tenderá a permanecer nesse estado, imutável. O que é necessário para que ele comute estados é uma tensão colocada sobre a entrada inversa (-) da mesma polaridade, mas de uma magnitude ligeiramente maior. Por exemplo, se o nosso circuito estiver saturado com uma tensão de saída de 12 volts, ele tomará uma tensão de entrada na entrada inversora de pelo menos 12 volts para que a saída seja alterada. Quando isso muda, ele irá saturar totalmente negativo. Então, um amplificador operacional com feedback positivo tende a permanecer em qualquer estado de saída já está. Ele trava entre um dos dois estados, positivo saturado ou negativo saturado. Tecnicamente, isso é conhecido como histerese. A histerese pode ser uma propriedade útil para um circuito comparador. Como já vimos antes, os comparadores podem ser usados para produzir uma onda quadrada de qualquer tipo de onda de onda (onda senoidal, onda triangular, onda de dente de serra, etc.). Se a forma de onda CA recebida for livre de ruído (ou seja, uma forma de onda pura), um simples comparador funcionará bem. No entanto, se existirem anomalias na forma de onda, tais como harmônicos ou espigões que fazem com que a tensão aumente e caia significativamente dentro do período de um único ciclo, uma saída de comparadores pode alternar estados de forma inesperada: sempre que há uma transição através da tensão de referência Nível, não importa quão pequena seja essa transição, a saída do comparador irá mudar estados, produzindo uma onda quadrada com falhas. Se adicionarmos um pouco de feedback positivo ao circuito do comparador, vamos introduzir a histerese na saída. Esta histerese fará com que a saída permaneça no seu estado atual, a menos que a tensão de entrada CA sofra uma grande mudança de magnitude. O que esse resistor de feedback cria é uma referência dupla para o circuito do comparador. A tensão aplicada na entrada noninverting () como referência que se compara com a tensão CA de entrada varia dependendo do valor da tensão de saída dos amplificadores op. Quando a saída do amplificador operacional é saturada positiva, a tensão de referência na entrada não invasiva será mais positiva do que antes. Por outro lado, quando a saída do amplificador operacional é saturada negativa, a tensão de referência na entrada não inversa será mais negativa do que antes. O resultado é mais fácil de entender em um gráfico: quando a saída do amplificador operacional é saturada positiva, a tensão de referência superior está em vigor e a saída não cairá para um nível de saturação negativo, a menos que a entrada CA sobe acima desse nível de referência superior. Por outro lado, quando a saída do amplificador operacional é saturada negativa, a tensão de referência inferior está em vigor e a saída não aumentará para um nível de saturação positivo, a menos que a entrada AC caia abaixo desse nível de referência inferior. O resultado é uma saída de onda quadrada limpa novamente, apesar de quantidades significativas de distorção no sinal de entrada de CA. Para que uma falha cause que o comparador mude de um estado para outro, ele deve ser pelo menos tão grande (alto) como a diferença entre os níveis de tensão de referência superior e inferior e no ponto certo para atravessar Ambos esses níveis. Outra aplicação de feedback positivo em circuitos op-amp é na construção de circuitos osciladores. Um oscilador é um dispositivo que produz uma tensão de saída alternada (CA) ou pelo menos pulsante. Tecnicamente, é conhecido como um dispositivo habilitável: não possui um estado de saída estável (sem equilíbrio). Osciladores são dispositivos muito úteis, e são facilmente feitos com apenas um amplificador operacional e alguns componentes externos. Quando a saída é saturada positiva, o V ref será positivo, e o capacitor irá carregar em uma direção positiva. Quando a rampa V excede a referência V pela menor margem, a saída irá saturar o negativo e o capacitor irá carregar na direção oposta (polaridade). A oscilação ocorre porque o feedback positivo é instantâneo e o feedback negativo está atrasado (por meio de uma constante de tempo RC). A frequência deste oscilador pode ser ajustada variando o tamanho de qualquer componente. REVISÃO: o feedback negativo cria uma condição de equilíbrio (equilíbrio). O feedback positivo cria uma condição de histerese (a tendência de trancar em um dos dois estados extremos). Um oscilador é um dispositivo que produz uma tensão de saída alternada ou pulsante. Larr Página anterior
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