ARdutronica: Osciladores LC-RC

OSCILADOR LC

Un oscilador LC está formado por una bobina y un condensador en paralelo. Su funcionamiento se basa en el almacenamiento de energía en forma de carga eléctrica en el condensador y en forma de campo magnético en la bobina.

Funcionamiento del circuito

El condensador, en un tiempo igual a cero, ofrece una impedancia cercana a cero ohmios, por lo que permite que fluya una gran corriente a través de él, la cual va disminuyendo hasta que sus placas sean llenadas de tantas cargas positivas y negativas como lo permita el tamaño de las mismas y la permitividad eléctrica del aislante que hay entre ellas.

En este instante el condensador actúa como un aislante, ya que no puede permitir más el paso de la corriente, y se crea un campo eléctrico entre las dos placas, que es el que crea la fuerza necesaria para mantener almacenadas las cargas eléctricas positivas y negativas, en sus respectivas placas.

Por otra parte, en un tiempo igual a cero la bobina posee un impedancia casi infinita, por lo que no permite el flujo de la corriente a través de ella y, a medida que pasa el tiempo, la corriente empieza a fluir, creándose entonces un campo magnético proporcional a la magnitud de la misma. También la oposición que hace la bobina, al paso de la corriente eléctrica, empieza a disminuir a medida que transcurre el tiempo. El condensador, que en principio permitía a los electrones salir de una placa, y entrar en la otra, va reduciendo esta capacidad con el paso del tiempo.

Al estar el condensador y la bobina en paralelo, la energía almacenada por el campo eléctrico del condensador (en forma de cargas electrostáticas), es absorbida por la bobina, que la almacena en su campo magnético, pero a continuación es absorbida y almacenada por el condensador; nuevamente en forma de campo eléctrico; para ser nuevamente absorbida por la bobina, y así sucesivamente. Esto crea un vaivén de la corriente (cargas eléctricas) entre el condensador y la bobina. Este vaivén constituye una oscilación electromagnética, en la cual el campo eléctrico y el magnético son perpendiculares entre sí, que cuando el campo magnético de la bobina esta en su punto máximo, el campo eléctrico almacenado en el condensador es cero, y que cuando el campo eléctrico en el condensador es máximo, no existe campo magnético en la bobina.

Por definición, un electrón tiene un campo eléctrico asociado a él, debido a las cargas eléctricas fundamentales que lo componen. Cuando los electrones están almacenados en las placas del condensador, están en forma de carga estática, o sea, una placa tiene un excedente "X" de electrones (esta placa es la negativa), y la otra placa tiene una carencia "X" de electrones (esta placa es la positiva). Cuando la bobina empieza a permitir el flujo de electrones a través de ella, empiezan a moverse los electrones desde la placa negativa (la que tiene electrones en excedencia), hacia la placa positiva (la que tiene carencia de electrones con respecto a la negativa). Cuando un electrón se mueve, se crea un campo magnético asociado a este, perpendicular a la dirección del movimiento. Al tener el electrón un campo eléctrico, y ahora al moverse, un campo magnético, se llama de esta forma, un campo electromagnético.

El campo magnético solo existe cuando los electrones están movimiento, partiendo desde la placa negativa del condensador, hacia la placa positiva, a través de la bobina. Una vez que se ha movido una cierta cantidad de electrones, haciendo que haya la misma cantidad de electrones en ambas placas, logrando así el equilibrio; en este momento se reduce a 0 voltios la diferencia de potencial en el condensador (y en la bobina, al estar está conectada en paralelo). En este momento al cesar el movimiento de los electrones, se detiene entonces la producción del campo magnético en la bobina, por lo que el campo magnético previamente producido por dicha bobina, colapsa sobre ella, produciendo una auto-inducción de voltaje con polaridad opuesta. En este momento entonces, el voltaje auto-inducido por la bobina, crea una fuerza electromotriz que provoca el movimiento de los electrones, desde la placa que antes era la positiva (la que carecía de electrones, que luego se equilibró), hacia la que antes era la negativa (la que tenía electrones en excedencia, que luego los cedió y logró su equilibrio). De esta forma la bobina carga al condensador con polaridad opuesta, hasta que ésta haya agotado y consumido por completo su campo magnético. A partir de aquí, se repite el ciclo nuevamente.

Cabe aclarar que en cada ciclo o vaivén de carga y descarga, hay perdidas debido a la resistencia eléctrica del conductor que conforma la bobina, y a las fugas del dieléctrico que conforma al condensador. Por lo que en cada ciclo, el voltaje al que se carga el condensador ira siendo menor, hasta agotarse con el tiempo. Es por eso que se necesitan circuitos electrónicos amplificadores, que reponen el voltaje perdido, para mantener las oscilaciones constantes y por tiempo indefinido.

Frecuencia de la oscilación

La característica de este tipo de circuito, también conocido como circuito tanque LC, es que la velocidad con que fluye y regresa la corriente desde el condensador a la bobina o viceversa, se produce con una frecuencia (f) propia, denominada frecuencia de resonancia, que depende de los valores del condensador (C) y de la bobina (L), y viene dada por la siguiente fórmula:

donde:

f se mide en Hercios, C en Faradios y L en Henrios

Curvas de tensión en un oscilador LC.

OSCILADOR RC

RC (Resistor-Capacitor):

Este tipo de oscilador se utiliza en aplicaciones donde la precisión de tiempo no sea un requisito, es uno de los osciladores más baratos y fáciles de fabricar. Esta formado por una resistencia y un capacitor en serie, donde la frecuencia esta dada por el tiempo de carga y descarga del capacitor.

La frecuencia de este tipo de oscilador esta influida por la estabilidad de la fuente de alimentación, la resistencia, la capacitancia, temperatura y las tolerancias en la resistencia y el capacitor.

Para calcular la frecuencia del circuito es la siguiente: