7. Circuitos osciladores

7.1 Circuitos osciladores más utilizados

Para terminar este tema hablaremos de los osciladores. Antes de entrar en materia puede ser interesante exponer algunas de las utilidades de estos circuitos, así como de cual es su funcionamiento básico.

Actividad1

Los circuitos osciladores son aquellos circuitos capaces de convertir la energía eléctrica de corriente continua en corriente alterna de una determinada frecuencia. Son muy numerosas sus utilidades: generadores de frecuencia de radio y televisión, generadores de barrido en tubos de rayos catódicos, osciladores locales en los receptores (telefonía móvil, sistemas digitales de alta velocidad, transmisiones vía satélite) y en general en todos los sistemas de telecomunicaciones y navegación tanto analógicos como digitales.

Como ves sus aplicaciones son muchas y hoy en día muy importantes, así pues, comencemos.

La manera más sencilla de entender un circuito oscilador es a partir de un circuito LC, es decir un circuito con una bobina y un condensador en paralelo alimentado por una pila.

Imagen 45: Circuito oscilante LC.
Fuente: Elaboración propia.

Como puedes deducir, en la posición que indica la figura superior, la corriente pasará por el condensador hasta que se complete su carga. Llegado este punto actuamos sobre el conmutador cambiando su posición (imagen inferior), por lo que el condensador se descargará sobre la bobina. A medida que comienza la descarga sobre la bobina en esta se producirá una tensión por efecto de la autoinducción, opuesta a la causa que la origina y a medida que ésta va aumentando la corriente que la recorre irá disminuyendo.

Imagen 46: Circuito oscilante LC.
Fuente: Elaboración propia.

Llegará un momento en que al descargarse el condensador comenzará la descarga de la bobina sobre aquel, pues el conmutador sigue en la posición que lo habíamos dejado.

Imagen 47: Circuito oscilante LC.
Fuente: Elaboración propia.

Una vez finalizada la carga del condensador, la tensión en la bobina habrá desaparecido, momento en que comenzará un nuevo ciclo de descarga del condensador sobre la bobina.

Si tratamos de representar como han ido cambiando los valores de la corriente por el circuito y cómo han evolucionado las tensiones en condensador y bobina observaremos que:

Representación senoidal y vectorial en un circuito oscilante LC

Imagen 48: Representación senoidal de i, _Vcy V_len un circuito oscilante LC.
Fuente: Elaboración propia.

La corriente ha ido oscilando del condensador a la bobina hasta anularse y viceversa, de la bobina al condensador. Lo mismo ha ocurrido con las tensiones en C y L, con la particularidad ya conocida de que existe un desfase entre la corriente y la tensión, de manera que la tensión en el condensador va retrasada con respecto a la intensidad y en la bobina la tensión se adelanta con respecto a la corriente, tal y como queda reflejado en la representación vectorial de la imagen superior. Es evidente pues que estamos ante una oscilación eléctrica y de ahí el nombre a estos circuitos.

No hemos dicho al principio de nuestra exposición que lo que hemos analizado se trata de un circuito ideal, de modo que la bobina carece de resistencia óhmmica; esto en la práctica no ocurre, pues por pequeño que sea, su valor resistivo está ahí y eso supone que en cada ciclo de carga y descarga del condensador parte de la energía eléctrica se disipa en forma de calor, por lo que la tensión va disminuyendo paulatinamente, amortiguando el efecto descrito; tal y como puede apreciarse en la imagen inferior. De otra manera significaría que con una sola carga de nuestro condensador, conseguiríamos un ciclo perpetuo entre los dos elementos y eso es imposible. De hecho, para que el ciclo se repita permanentemente necesitamos el aporte constante de una fuente de alimentación que compense las pérdidas de energía de la bobina.

Imagen 49: Amortiguación de la onda senoidal en un circuito oscilante LC.
Fuente: Elaboración propia.

Si queremos conocer la frecuencia de oscilación del circuito que acabamos de describir en el que la resistencia óhmmica es nula tenemos que recordar el concepto de resonancia.

Decimos que un circuito es resonante cuando la corriente que circula por él es máxima. Eso sucederá cuando R = 0 y por lo tanto X_L= X_C con lo cual una anula a la otra. De aquí deducíamos:

Vemos pues como la frecuencia de resonancia depende directamente de la inducción de la bobina en Henrios y de la capacidad del condensador en Faradios, para obtener Hertz.

Se puede pensar que el concepto de resonancia va ligado únicamente a los circuitos eléctricos y nada más lejos de la realidad. Cualquier material capaz de vibrar genera una frecuencia de oscilación y por lo tanto se puede manifestar en él el efecto de resonancia. Una cuerda de un instrumento o cualquier tipo de material. Quizá el caso más famoso sea el derrumbamiento del puente Tacoma; observa y di si no es increíble.

Video 2: Puente sobre el río Tacoma

Fuente: Youtube

Ejemplo o ejercicio resuelto

Determinar la frecuencia de resonancia de un circuito LC formado por una bobina de 50 mH y un condensador de 47 μF y una resistencia de 80 Ω. Si el circuito es alimentado con una tensión de 100 V eficaces, calcular la tensión de resonancia, así como la tensión aplicada en la bobina y el condensador.

Repasa el concepto de resonancia, inductancia y capacitancia.

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