Os amplificadores operacionais podem funcionar como excelentes osciladores de baixas frequências quando utilizados na configuração de osciladores de relaxação. Neste artigo mostramos aos leitores como usar um amplificador operacional para obter um oscilador de ondas retangulares de bom desempenho.
Na figura 1 temos o circuito básico de um oscilador de relaxação usando um amplificador operacional. Para uma montagem prática podem ser usados os amplificadores mais comuns como o 741, 709, etc.
O princípio de funcionamento deste oscilador é o seguinte:
Temos a notar no circuito dois divisores de tensão os quais são ligados a saída do amplificador. O primeiro divisor de tensão formado por R2 e R3 tem sua saída ligada a entrada não inversora do amplificador operacional, enquanto que o outro formado por R1 e C1 é um divisor que determina a frequência de operação do circuito, pois o capacitor apresentará uma tensão que depende do tempo de carga do mesmo através do resistor R1.
O amplificador operacional funciona então como um comparador de tensão regenerativo, o qual é acionado pelos níveis relativos das duas tensões.
Estando C1 inicialmente descarregado o amplificador operacional é excitado somente pela entrada não inversora de modo que em sua saída estamos com excursão máxima do sinal de saída no sentido positivo.
Isso significa que o capacitor começa a se carregar através do resistor R1.
Veja o leitor que à medida que a tensão em Cl aumenta, diminui a diferença entre a entrada inversora e não inversora no que se refere ao valor de tensão, o que significa que a ação do circuito é tal que temos não a forma de onda dente de serra normal, mas sim uma forma de onda triangular conforme mostra a mesma figura 1.
Quando a tensão da entrada inversora na qual está ligado o capacitor alcança o mesmo valor da tensão na entrada não inversora que é tomado como referência, sendo metade da tensão máxima de saída, há a comutação do circuito no sentido de que começa a ocorrer uma inversão na polaridade da tensão de saída que tende para a excursão negativa.
Como a ação regenerativa do circuito é muito aguda, a excursão para o ponto máximo negativo da tensão de saída é muito rápida de modo que se obtém com isso a forma de onda retangular que caracteriza o mesmo.
Com a mudança de polaridade da saída, o capacitor começa a se descarregar através do mesmo resistor R1, é o ponto em que novamente a tensão em seus extremos alcança o valor negativo de referência que é dado pelo divisor formado por R2 e R3. Neste momento ocorre uma nova ação regenerativa e o circuito comuta para sua excursão máxima de saída.
Veja o leitor que, como característica importante deste circuito em que se obtém uma forma de onda triangular no capacitor é que tanto o tempo de subida desta tensão como de descida depende inteiramente da constante de tempo RC do circuito.
Como esta constante de tempo atua para efeito de comparação de tensão no circuito do amplificador operacional, não na sua dependência em relação à tensão de alimentação. Isso significa uma excelente estabilidade para este tipo de oscilador que não é afetado pela tensão da fonte de alimentação.
Para variar a frequência produzida por este tipo de oscilador basta, portanto, alterar o valor do capacitor C1 e do resistor R1.
Lembramos que o amplificador operacional neste circuito deve ser alimentado com uma fonte simétrica, e que o sinal retangular obtido, também perfeitamente simétrico, terá semiciclos positivos e negativos totais.
Na figura 2 temos um circuito prático em que um amplificador operacional 741 pode ser usado como oscilador de frequência variável com saída retangular entre 500 e 5 kHz.
O controle no caso da frequência é feito não pela alteração do resistor RL mas sim pelo nível de referência da entrada não inversora, ou seja, no divisor de tensão.
Baixando-se o valor da tensão de referência, obtém-se maior velocidade operacional, pois a tensão menor de comparação é alcançada mais rapidamente no capacitor.
Para controle da intensidade do sinal de saída pode-se usar um segundo potenciômetro entre o terminal 6 do amplificador operacional e o ponto de 0 V do circuito.
Este potenciômetro deve ter um valor mínimo de 50 ohms, já que esta é a menor resistência admitida como carga para este tipo de amplificador operacional.
O valor ideal, entretanto, estará em torno de 5 k para se obter uma boa linearidade de funcionamento sem carregar o circuito.
Para outras faixas de frequência que poderão ser variadas na mesma proporção bastará alterar o valor do capacitor C1.
Por exemplo, se usarmos para C1 um capacitor de 0,1 uF teremos uma variação de frequência de 50 Hz até 500 Hz.
Devemos lembrar que o amplificador operacional em questão não funciona apropriadamente em frequências superiores a 10 kHz quando seu ganho pode cair a ponto de influir na estabilidade das oscilações.
