O documento descreve diferentes tipos de osciladores eletrônicos, incluindo osciladores RC, RL, RLC, osciladores a cristal e outras topologias. É discutido como os osciladores eletrônicos precisam de um amplificador para compensar as perdas de energia e manter a oscilação. Vários circuitos osciladores populares são explicados, como os osciladores Hartley, Colpitts, Pierce e outros.

1. Universidade Federal de Uberlândia
Faculdade de Engenharia Elétrica
1º trabalho de Circuitos de Eletrônica Aplicada
Tipos de osciladores eletrônicos
Aluno
Roní G. Gonçalves
Professor
Paulo Sérgio Caparelli
10921EEL026
Uberlândia, 13 de novembro de 2014

2. Sumário
1 Introdução 3
2 Osciladores eletrônicos 5
3 Tipos de osciladores 5
3.1 Circuitos osciladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.2 Formas de onda na saída . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.3 Osciladores em função de sua faixa de freqüência . . . . . . . . . 6
4 Algumas topologias 6
4.1 Osciladores RC, RL e RLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4.1.1 Oscilador com ponte de Wien . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4.1.2 Oscilador por deslocamento de fase . . . . . . . . . . . . . 6
4.1.3 Oscilador Bubba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4.1.4 Oscilador de quadratura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4.1.5 Oscilador Hartley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4.1.6 Oscilador Colpitts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.1.7 Oscilador Seiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.1.8 Oscilador Clapp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.1.9 Oscilador Armstrong ou Meissner . . . . . . . . . . . . . . 10
4.1.10 Oscilador Lampkin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4.1.11 Oscilador Franklin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4.2 Osciladores a cristal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4.2.1 Oscilador Pierce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.2.2 Oscilador Miller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.2.3 Oscilador Butler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.3 Oscilador por ponte de Meacham . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.4 Oscilador Vackar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.5 Conversor Royer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.6 Oscilador de relaxação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
5 Conclusões 15
6 Referências 16
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3. 1 Introdução
O que acontece com um sistema massa-mola ideal? Se o sistema é ideal, isso
implica na inexistência de dissipação de energia; inexistindo tal dissipação,
a energia armazenada na massa é, aos poucos, totalmente transferida para a
mola e depois disso a energia volta completa e gradualmente para a massa;
isso repete-se eternamente. A esse comportamento repetitivo, periódico damos
o nome de oscilação.
Qual um outro exemplo de oscilador mecânico? Um pêndulo que se move
em pequenas amplitudes também oscila. Tanto posição, velocidade e aceler-
ação nesses sistemas são funções periódicas.
Figura 1: Pêndulo simples como exemplo de oscilador mecânico.
Existe algum equivalente elétrico para esses sistemas? A resposta é: sim,
existe! São os circuitos LC. Num circuito LC, uma vez que eles são preenchidos
com alguma quantidade de energia por meio de uma fonte externa, ao retirá-la
o circuito continua a trocar energia assim como no exemplo do sistema massa-
mola.
Figura 2: Circuito LC ideal como exemplo de oscilador elétrico.
O grande problema é que, como dissemos no início deste texto, tais sistemas
são ideais. Isto é, eles não existem na prática. Pode fazer o teste: puxe um
3

4. sistema massa-mola e veja se ele oscila para sempre ou, se com o tempo, a
oscilação diminui até o movimento parar completamente. O que acontece na
realidade é que existe dissipação de energia, por isso a oscilação não dura para
sempre.
Isso quer dizer que não conseguimos criar, se quisermos, osciladores? Não
é possível se eles forem construídos somente com massa, mola, indutores e
capacitores. Para viabilizá-los, devemos acrescentar uma fonte externa que
forneça energia continuamente para compensar a perda natural de energia ne-
les. No domínio da engenharia elétrica essas fontes são os amplificadores.
Alguns destes últimos tipos de osciladores eletrônicos serão vistos ao longo
deste trabalho.
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5. 2 Osciladores eletrônicos
Retomando então o que foi dito anteriormente, um oscilador eletrônico é com-
posto de um circuito capaz de oscilar e um amplificador para manter a os-
cilação compensando as perdas inerentes do circuito.
Circuitos práticos capazes de oscilar são do tipo RLC, como mostrado nas
figuras 3 e 4:
Figura 3: Circuito RLC série ideal.
Figura 4: Circuito RLC paralelo ideal.
É possível determinar a freqüência em que eles oscilam em função dos val-
ores da indutância e da capacitância. Tal freqüência é conhecida como natural
ou de ressonância e é dada pela equação:
fnatural =
1
2π
√
LC
(1)
3 Tipos de osciladores
Os osciladores podem ser classificados de acordo com vários aspectos: tipo de
circuito oscilador usado, tipo de forma de onda de saída, faixa de freqüência
do sinal de saída . . .
3.1 Circuitos osciladores
Os circuitos osciladores mais comuns são aqueles feitos de bobinas e capac-
itores discretos e também cristais. Os cristais possuem um circuito elétrico
equivalente de um circuito RLC. A diferença deles para os demais circuitos
RLC são os valores conseguidos de indutância e capacitância.
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6. Note que precisamos de valores muito baixos de indutância e capacitância
para obtermos freqüências altas como nos mostra a equação 1.
3.2 Formas de onda na saída
As formas de onda obtidas na saída dos osciladores são geralmente de dois
tipos: senoidais ou quadradas. Isso não significa que haja somente essas. Ex-
istem também ondas triangulares, dente-de-serra, etc. Porém, além de menos
usadas elas são normalmente obtidas a partir de alguma modificação dos os-
ciladores de ondas senoidais e quadradas. Aqueles que produzem as primeiras
são conhecidos como osciladores harmônicos e aqueles que produzem as de-
mais são conhecidos como osciladores de relaxação.
3.3 Osciladores em função de sua faixa de freqüência
De acordo com o professor Gil Pinheiro da Universidade Federal do Rio de
Janeiro, osciladores que funcionam a baixas freqüências sejam elas fixas ou
variáveis usam redes RC; já aqueles a freqüências mais elevadas também fixas
ou variáveis, usam redes LC; Para freqüências elevadas mas fixas e estáveis, os
cristais piezoelétricos são usados. Para freqüências ainda mais elevadas usam-
se linhas de transmissão para criar a oscilação.
4 Algumas topologias
4.1 Osciladores RC, RL e RLC
São aqueles que possuem elementos R, L e C parametrizados de tal forma a
fornecer oscilações.
4.1.1 Oscilador com ponte de Wien
É um dos tipos mais simples e conhecidos de osciladores. É muito usados em
aplicações de áudio. Um dos maiores inconvenientes é que a amplitude do sinal
de saída chega ao valor da alimentação do AO, ou seja, na tensão de saturação
o que causa distorções na forma de onda de saída.
4.1.2 Oscilador por deslocamento de fase
Possuem menor distorção que o oscilador anterior. Nele são usados três es-
tágios RC cascateados para criar um sinal deslocado de 180◦ para atender ao
critério de Barkhausen.
Para evitar o efeito de carga dos estágios RC, há uma versão melhorada do
oscilador por deslocamento de fase em que os estágios são acoplados por meio
de buffers, como mostra a figura 7.
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7. Figura 5: Circuito oscilador com ponte de Wien, como descrito no livro Op
Amps for Everyone da Texas Instruments.
Figura 6: Circuito oscilador por deslocamento de fase, como descrito no livro
Op Amps for Everyone da Texas Instruments.
Figura 7: Circuito oscilador por deslocamento de fase com buffer, como descrito
no livro Op Amps for Everyone da Texas Instruments.
4.1.3 Oscilador Bubba
Neste oscilador, a saída de cada AO dá uma onda senoidal defasada de 45◦.
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8. Figura 8: Circuito oscilador Bubba, como descrito no livro Op Amps for Every-
one da Texas Instruments.
4.1.4 Oscilador de quadratura
Neste osciladores, as duas saídas estão defasadas de 90◦ graças à configuração
dos circuitos RC. Como se pode ver na figura 9, temos na saída uma função
seno e uma cosseno que são funções idênticas salvo a defasagem de 90◦ entre
elas.
Figura 9: Circuito oscilador de quadratura, como descrito no livro Op Amps for
Everyone da Texas Instruments.
4.1.5 Oscilador Hartley
Este é um tipo clássico de oscilador. Conhecido como "sure-fire", ou seja, ele
oscila com facilidade. Não é difícil obter as condições para que ele mantenha
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9. a condição de oscilação. Uma derivação dele é o oscilador Colpitts em que o
indutor e os capacitores são trocados entre si como se pode ver na figura 11.
Figura 10: Oscilador Hartley do tipo 3. Existem ainda os tipos 1 e 2.
4.1.6 Oscilador Colpitts
Este é um dos circuitos LC clássicos usados como osciladores. Os dois capaci-
tores em série na entrada do amplificador constituem um divisor de tensão e a
razão entre suas capacitâncias definem a excitação do oscilador.
Figura 11: Circuito oscilador Clapp. Pode-se considerá-lo como um Colpitts
modificado.
4.1.7 Oscilador Seiler
Este oscilador assemelha-se aos Colpitts, com uma diferença fundamental da
localização do capacitor de bloqueio da componente CC que fica próximo ao
circuito tanque.
4.1.8 Oscilador Clapp
O oscilador Clapp é um derivado do Colpitts onde há um capacitor que muda
os parâmetros de oscilação.
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10. Figura 12: Oscilador Seiler, usado em aplicações de áudio. Pode-se considerá-
lo como um Colpitts modificado.
Figura 13: Circuito oscilador Clapp. Pode-se considerá-lo como um Colpitts
modificado.
4.1.9 Oscilador Armstrong ou Meissner
Os dois nomes distintos se deve a uma disputa de crédito ao inventor desse
oscilador. Sua idéia básica pode ser vista no circuito mostrado na figura 14
Figura 14: Oscilador Meissner ou Armstrong; possui um transformador para a
supressão da componente contínua do sinal de saída.
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11. 4.1.10 Oscilador Lampkin
O oscilador Lampkin assemelha-se ao Hartley. A grande diferença está no
tap entre a entrada do amplificador e a junção capacitor-indutor do circuito
tanque.
Figura 15: Oscilador Lampkin.
4.1.11 Oscilador Franklin
A qualidade alegada deste tipo de oscilador é que sua freqüência é minima-
mente influenciada pelo dispositivo ativo e seu fator de qualidade Q é razoavel-
mente isento de degradação.
Figura 16: Oscilador Franklin.
4.2 Osciladores a cristal
São aqueles que possuem em seu circuito cristais sejam eles de quartzo, tur-
malina, sais de Rochelle, etc. Existem ainda muitos sub-tipos de osciladores a
cristais como TCXO, VCXO. Esses detalhes não serão discutidos neste trabalho.
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12. 4.2.1 Oscilador Pierce
Este oscilador tem como novidade o uso somente de cristais como circuito
tanque. Não usa componentes LC para gerar a oscilação.
Figura 17: Oscilador Pierce.
4.2.2 Oscilador Miller
Este oscilador, segundo Robert J. Matthys, não é um bom tipo porque a forma
de onda no cristal não é boa e não há muita estabilidade na freqüência. Esta
topologia está aqui só para registro e como curiosidade mesmo.
Figura 18: Circuito oscilador Miller a cristal.
4.2.3 Oscilador Butler
O oscilador Butler é indicado para altas freqüências. Possui boa estabilidade.
4.3 Oscilador por ponte de Meacham
Em 1938, na 13ª Convenção Anual do Institute of Radio Engineers, na cidade
de Nova Iorque L. A. Meacham apresentou uma topologia de um circuito os-
cilador contendo um amplificador e uma ponte de Wheatstone. No documento
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13. Figura 19: Oscilador Butler a transistores.
Figura 20: Oscilador Butler com AOs.
em que descreve seu circuito, Meacham afirma que esta topologia apresen-
tava uma freqüência constante e alta estabilidade. O circuito pode ser visto na
figura 21.
4.4 Oscilador Vackar
Circuito proposto por Jiri Vackar em 1949 na Tesla Technical Reports. Ele alega
grande estabilidade de freqüência.
4.5 Conversor Royer
É um conversor CC-CA em que o elemento armazenador de energia é um trans-
formador. A oscilação é conseguida pela atuação de dois transistores. A forma
de onda na saída é quadrada. Na figura 23, pode-se ver um esquema conceitual
do conversor que também pode ser usado como oscilador.
4.6 Oscilador de relaxação
São osciladores que fornecem várias formas de onda. As quadradas são as mais
comuns, porém, com algumas modificações eles são capazes de fornecer formas
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14. Figura 21: À época, Meacham chamou esta configuração de circuito oscilador
estabilizado por ponte.
Figura 22: Oscilador Vackar.
de ondas triangulares, dente-de-serra, exponenciais. . . um exemplo usando AO
se encontra na figura ??.
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15. Figura 23: O conversor chama-se Royer devido a seu inventor George H. Royer
que descreveu o circuito em 1954.
Figura 24: Este circuito oscila devido à atuação do AO como um comparador
com histerese.
5 Conclusões
Os osciladores encontram inúmeras aplicações na eletrônica. Onde quer que
haja necessidade de criar-se um sinal de referência, há a necessidade de um
oscilador.
Existem inúmeros tipos de osciladores e suas características variam de acordo
com suas topologias. Cabe ao projetista saber definir as necessidades de sua
aplicação para escolher o tipo certo de oscilador a ser usado.
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16. 6 Referências
[1] Bruce Carter e Ron Mancini, Op Amps for Everyone – Texas Instruments.
Newnes, 2009.
[2] Irvin Gottlieb, Practical Oscillator Handbook. Pearson Education, 2013.
[3] Robert J. Matthys, Crystal Oscillator Circuits. Krieger Publishing Co., 1992.
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