Oscilatoarele comandate în tensiune (OCT) intră în componența convertoarelor tensiune-frecvență care, la rândul lor, se utilizează în aparatele de măsură și control analogice și numerice, demodulatoare, bucle de autoreglare, automatizări etc.
Se pot realiza scheme diverse, în funcție de componentele utilizate: tranzistoare, circuite integrate liniare sau logice etc.
În figura alăturată se dă schema unui OCT cu circuite integrate logice în tehnologie CMOS, care se remarcă prin consum redus, plajă mare de reglaj al frecvenței, tensiune de alimentare 3…15 V. Oscilatorul propriu-zis conține negatoarele P1 și P2 din capsula MMC4069. Frecvența generată depinde de constanta de timp CR. Rezistența R este formată din R2 în paralel cu impedanța echivalentă a punții (D1…D4) și a tranzistoarelor T1, T2. Prin R se încarcă (descarcă) capacitatea C. Dacă tensiunea de comandă Ucom este egală cu tensiunea de alimentare, tranzistoarele sunt blocate și R = R2. Frecvența generată are valoarea minimă și se situează în jur de 6 kHz.
La scăderea tensiunii de comandă Ucom o parte din curentul de încărcare (descărcare) a condensatorului C se deviază prin punte și generatorul de curent (T1, T2). Astfel, curentul prin C crește, constanta de timp scade și frecvența crește până în jur de 60 kHz, când Ucom = 0.
Aceste date sunt valabile pentru o tensiune de alimentare de aproximativ 10…12 Vcc.
Pentru alte limite ale frecvenței se modifică valoarea condensatorului C. Efecte asemănătoare se obțin prin schimbarea valorii rezistenței R2.
O bună stabilitate a frecvenței se obține preluând tensiunea de comandă de la o sursă stabilizată prin intermediul unui potențiometru. Pe axul potențiometrului se poate fixa un ac indicator, iar pe o scală se marchează frecvența.
Generatorul este util în testarea echipamentelor de joasă frecvență sau a montajelor cu circuite logice. La ieșirea porții P3 se culege un semnal dreptunghiular cu amplitudinea egală cu valoarea tensiunii de alimentare, iar la ieșirea porții P4 este disponibil semnalul negat.
📌 Explicații de funcționare
- Topologia Oscilatorului CMOS: Nucleul circuitului este un oscilator astabil clasic, realizat cu primele două porți inversoare (P1 și P2) din circuitul integrat CMOS MMC4069. Într-un mediu CMOS digital pur, frecvența de oscilație este dictată fix de valorile rețelei formate din rezistența de reacție și condensatorul C (1 nF).
- Modularea prin Curent (Controlul în Tensiune): Inovația acestei scheme constă în atașarea unei punți de diode (D1–D4) și a unui etaj diferențial/generator de curent realizat cu perechea de tranzistoare T1 și T2. Tensiunea externă de comandă (\(U_{com}\)) modifică starea de conducție a tranzistoarelor:
- Când \(U_{com}\) este maximă (egală cu valoarea alimentării, de exemplu +12V), tranzistoarele sunt complet blocate. Curentul trece doar prin rezistența fixă R2 (20 kΩ), oferind cea mai mare constantă de timp și implicit frecvența minimă (cca. 6 kHz).
- Când \(U_{com}\) scade spre 0V, tranzistoarele încep să se deschidă progresiv, permițând punții de diode să preia și să injecteze un curent suplimentar în procesul de încărcare/descărcare al condensatorului C. Această rezistență dinamică adăugată în paralel cu R2 micșorează constanta de timp globală, forțând frecvența să crească controlat până la valoarea maximă (cca. 60 kHz).
- Formarea și Condiționarea Semnalului: Rezistența de valoare foarte mare R3 (180 kΩ) asigură o reacție de liniarizare și o protecție la intrarea porții P1. Semnalul generat este preluat și separat de porțile inversoare tampon P3 și P4. Acestea livrează pe ieșiri semnale logice simetrice, în antifază (dreptunghiular și negat), perfect capabile să atace direct alte circuite digitale fără a perturba frecvența oscilatorului de bază.
🛠️ Ghid de piese echivalente moderne
- Circuitul Integrat MMC4069: Reprezenta varianta est-europeană (produsă de IPRS Băneasa) a circuitului clasic cu 6 inversoare logice CMOS independente.
- Echivalent modern direct: CD4069UB sau HEF4069UB în capsulă standard DIP-14 (atenție: se recomandă versiunile unbuffered – notate cu „U” sau „UB” – deoarece au o funcționare mult mai liniară în montaje analogice sau oscilatoare auto-oscilante decât variantele cu buffer).
- Tranzistoarele T1, T2 (BC177): Tranzistoare PNP de mică putere în capsulă metalică TO-18, destul de vechi.
- Echivalent modern: Se pot înlocui cu succes cu mult mai comunele tranzistoare de siliciu PNP în capsulă de plastic BC557B sau BC556 (care suportă tensiuni de lucru de până la 45V-65V).
- Diodele D1–D4 (1N4148): Diode de semnal de mare viteză. Rămân neschimbate și se utilizează exact aceleași componente 1N4148, fiind standardul universal curent.
- Condensatorul C (1 nF): Pentru ca frecvența să rămână stabilă în timp și să nu varieze odată cu schimbările de temperatură ambientală, în locul unui condensator ceramic ieftin de tip disc (care are o derivă termică mare), se recomandă utilizarea unui condensator cu film plastic de tip Styroflex (Polistiren), MKT sau un condensator ceramic multistrat modern cu dielectric de tip NPO (COG) de 1 nF / 50V
