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En el mundo de la electrónica, ¿cuál es el principio clave de los osciladores relajantes?
Un oscilador de relajación es un circuito oscilador electrónico no lineal capaz de generar una señal de salida repetida no sinusoidal, como una onda triangular o cuadrada. El circuito consta de un circuito de retroalimentación y contiene dispositivos de conmutación como transistores, comparadores, relés, amplificadores operacionales o dispositivos de resistencia negativa como diodos de túnel. Carga continuamente el condensador o inductor a través de la resistencia hasta que alcanza un cierto umbral y luego lo descarga. En este proceso, el período del oscilador depende principalmente de la constante de tiempo del capacitor o circuito inductor.
Los osciladores de relajación se diferencian de otros tipos de osciladores electrónicos, como los osciladores lineales, en que utilizan retroalimentación del amplificador para excitar oscilaciones resonantes, generando así ondas sinusoidales.
Los osciladores de relajación tienen una amplia gama de aplicaciones. Aunque es adecuado para generar señales de baja frecuencia, generalmente por debajo del rango de audio, todavía encuentra una variedad de usos, como luces intermitentes (como señales de giro) y llamadas electrónicas. También se utilizan en dispositivos como osciladores controlados por voltaje, inversores, fuentes de alimentación conmutadas y generadores de funciones.
Curiosamente, el concepto de osciladores de relajación no se limita a la ingeniería electrónica, sino que se usa ampliamente en sistemas dinámicos en muchos campos científicos, que también producen oscilaciones no lineales y pueden usar las mismas matemáticas que el modelo de osciladores de relajación electrónicos para analizar. Por ejemplo, las fuentes geotérmicas, las redes de células nerviosas, los sistemas de calefacción con temperatura controlada y los latidos del corazón humano pueden modelarse como osciladores de relajación.
Las oscilaciones de relajación se caracterizan por dos procesos alternos: un largo período de relajación y un corto período impulsivo, que continúan alternativamente.
Progresos en osciladores electrónicos de relajación
El primer circuito oscilador relajado, el multioscilador astable, fue inventado durante la Primera Guerra Mundial por Henry Abraham y Eugene Bloch. Baltasha van der Poel distinguió por primera vez entre oscilaciones de relajación y oscilaciones armónicas en 1920 y acuñó el término "oscilador de relajación". También derivó el primer modelo matemático de un oscilador relajado, el famoso modelo de oscilador de van der Pol.
Los osciladores de relajación se pueden dividir en dos categorías según las diferentes estructuras del circuito: onda de diente de sierra, onda de barrido o osciladores de retroalimentación y multiosciladores astables. El condensador de almacenamiento de energía en un oscilador de onda en diente de sierra se carga lentamente pero se descarga casi inmediatamente, por lo que la forma de onda de salida es principalmente una forma de onda en diente de sierra. En un multioscilador astable, los procesos de carga y descarga del capacitor se realizan a través de la resistencia, y la forma de onda de salida contiene pendientes ascendentes y descendentes.
Aplicación del oscilador de relajación
Los osciladores de relajación se utilizan ampliamente debido a su diseño relativamente simple y su facilidad de fabricación en circuitos integrados. No requieren un inductor como los osciladores LC, lo que los hace más fáciles de detectar y ajustar. Este tipo de oscilador puede desempeñar un papel importante en circuitos de base de tiempo, aplicaciones de audio e instrumentos de prueba, como la música instrumental electrónica en la era de los tubos y el circuito de base de tiempo de los osciloscopios CRT.
Aunque los osciladores relajados son fáciles de diseñar, su ruido de fase y su estabilidad de frecuencia no son tan buenos como los de los osciladores lineales.
El futuro y los desafíos de los osciladores de relajación
Con el desarrollo de la tecnología microelectrónica, muchos osciladores de relajación simples han comenzado a utilizar circuitos integrados dedicados, como el chip temporizador 555, para reemplazar los dispositivos de resistencia negativa (como luces de neón o transistores unipolares) utilizados en los primeros días. En los últimos años, los osciladores de relajación han desempeñado un papel indispensable en diversos generadores de formas de onda, circuitos de retardo de tiempo y otras aplicaciones electrónicas.
Al observar la historia, la aplicación y el desarrollo de los osciladores de relajación, este tipo de circuito sin duda juega un papel fundamental en la tecnología electrónica. Sin embargo, con los cambios en la tecnología, es posible tener diseños de osciladores más eficientes o estables en el futuro. ?
