Una recente richiesta nel Forum riguardava un circuito di generazione di onde "quadre" basato sull'impiego di un amplificatore operazionale. Ritengo utile allargare il discorso per esaminarne più in generale il funzionamento e mostrare possibili variazioni della forma d'onda generata.

Il circuito di base

Partiamo dallo schema di base di un amplificatore reazionato come il figura:

E' questo un tipico circuito "astabile", nel senso che vi è una continua commutazione fra i valori estremi (saturazione positiva o negativa) dell'uscita, generando quindi un' onda quadra.

Vediamone il funzionamento.

Facendo riferimento alla figura precedente, si osservi che all'ingresso invertente dell'operazionale (V-) viene applicato il segnale dell'uscita attraverso il circuito R1C1, mentre all'altro ingresso (V+) viene applicata metà del segnale dell'uscita (attraverso il partitore R2 ed R3, con R2=R3).

Quando, in valore assoluto, V- supera V+ si ha appunto un inversione del segnale d'uscita, il che provoca l'inversione dell'andamento su R1C1.

Gli andamenti dei segnali sono illustrati in questa simulazione. Precisamente in blu quello su V-, ed in rosso quello d'uscita.

GenOndaQg.GIF

Ovviamente per ottenere una frequenza variabile è possibile mettere un potenziometro al posto di R1, variando così la costante di tempo R1C1 con cui il segnale d'uscita è riportato all'ingresso invertente.

Variazione di frequenza

Esiste però un altro modo per variare la frequenza di oscillazione di questo circuito: variando il rapporto fra le resistenze R2 ed R3 che stabiliscono il livello si tensione a cui deve avvenire la commutazione.

Se infatti mettiamo un potenziometro al posto del partitore, possiamo variare a piacere questo livello, restringendo o allungando il periodo.

Ecco allora la simulazione con il potenziometro al 5%

Ecco invece la simualazione con il potenziometro al 95%

Come si può osservare, la frequenza varia, ma il rapporto fra impulso e pausa rimane costante ad 1 (duty-cycle del 50%)

Variazione del duty-cycle

L'uguaglianza di durata degli impulsi positivi e negativi appena richiamata, è dovuta alla simmetria rispetto allo zero (GND), dei livelli a cui avvengono le commutazioni.

E' semplice pensare che spostando entrambi i livelli in senso positivo o negativo, si alteri la simmetria degli impulsi.

L'inserimento di un secondo potenziometro, alimentato agli estremi dalle stesse alimentazioni dell'OpAmp, permette questo spostamento:

Ecco infatti l'effetto di uno spostamento della polarizzazione (Pot.2) verso il positivo:

ed invece quello di uno spostamento verso il negativo:

Le forme d'onda precedenti sono state ottenute con Pot.1 in posizione centrale.

Variando entrambi i potenziometri si può quindi ottenere qualsiasi forma d'onda quadra desiderata (ovviamente nell'intorno del valore R1C1).

Data la semplicità del circuito, si consiglia di ripetere personalmente questa prova con il programma di simulazione preferito, scelto fra i tanti oggi disponibili.