La oscilación parásita es una oscilación electrónica indeseable (variación cíclica en el voltaje o corriente de salida) en un dispositivo electrónico o digital. A menudo es causado por la retroalimentación en un dispositivo amplificador. El problema ocurre especialmente en RF , [1] audio y otros amplificadores electrónicos [2], así como en el procesamiento de señales digitales . [3] Es una de las cuestiones fundamentales que aborda la teoría del control . [4] [5] [6]
La oscilación parásita es indeseable por varias razones. Las oscilaciones pueden acoplarse a otros circuitos o irradiarse como ondas de radio , provocando interferencias electromagnéticas (EMI) en otros dispositivos. En los sistemas de audio, a veces se pueden escuchar oscilaciones parásitas como sonidos molestos en los altavoces o en los auriculares. Las oscilaciones desperdician energía y pueden provocar un calentamiento no deseado. Por ejemplo, un amplificador de potencia de audio que entra en oscilación parásita puede generar suficiente energía para dañar los altavoces conectados . Un circuito que oscila no se amplificará linealmente, por lo que las señales deseadas que pasen por el escenario se distorsionarán. En los circuitos digitales, las oscilaciones parásitas sólo pueden ocurrir en transiciones lógicas particulares y pueden resultar en un funcionamiento errático de las etapas posteriores; por ejemplo, una etapa de contador puede detectar muchos pulsos espurios y contar de forma errática.
La oscilación parásita en una etapa de amplificador ocurre cuando parte de la energía de salida se acopla a la entrada, con la fase y amplitud correctas para proporcionar retroalimentación positiva a alguna frecuencia. El acoplamiento puede ocurrir directamente entre el cableado de entrada y salida con capacitancia parásita o inductancia mutua entre entrada y salida. En algunos dispositivos electrónicos de estado sólido o de vacío hay suficiente capacitancia interna para proporcionar una ruta de retroalimentación. Dado que la tierra es común tanto para la entrada como para la salida, la corriente de salida que fluye a través de la impedancia de la conexión a tierra también puede acoplar señales a la entrada.
De manera similar, la impedancia en la fuente de alimentación puede acoplar la entrada con la salida y provocar oscilaciones. Cuando se utiliza una fuente de alimentación común para varias etapas de amplificación, el voltaje de alimentación puede variar con el cambio de corriente en la etapa de salida. Los cambios de voltaje de la fuente de alimentación aparecerán en la etapa de entrada como retroalimentación positiva. Un ejemplo es una radio de transistores que funciona bien con una batería nueva, pero chirría o " lancha a motor " cuando la batería está vieja.
En los sistemas de audio, si se coloca un micrófono cerca de un altavoz, pueden producirse oscilaciones parásitas. Esto se debe a la retroalimentación positiva, desde la salida del amplificador al altavoz, a las ondas sonoras, y de regreso, a través del micrófono, a la entrada del amplificador. Consulte Comentarios de audio .
La teoría del control por retroalimentación se desarrolló para abordar el problema de la oscilación parásita en los sistemas de servocontrol : los sistemas oscilaban en lugar de realizar su función prevista, por ejemplo, el control de velocidad en los motores. El criterio de estabilidad de Barkhausen da la condición necesaria para la oscilación; la ganancia del bucle alrededor del bucle de retroalimentación, que es igual a la ganancia del amplificador multiplicada por la función de transferencia de la ruta de retroalimentación inadvertida, debe ser igual a uno, y el desplazamiento de fase alrededor del bucle debe ser cero o un múltiplo de 360° (2π radianes ).
En la práctica, la realimentación puede producirse en una gama de frecuencias (por ejemplo, la gama operativa de un amplificador); a diferentes frecuencias, la fase del amplificador puede ser diferente. Si hay una frecuencia en la que la retroalimentación es positiva y también se cumple la condición de amplitud, el sistema oscilará a esa frecuencia.
Estas condiciones se pueden expresar en términos matemáticos utilizando el diagrama de Nyquist . Otro método utilizado en la teoría del bucle de control utiliza diagramas de Bode de ganancia y fase frente a frecuencia. Utilizando diagramas de Bode, un ingeniero de diseño verifica si existe una frecuencia en la que se cumplen ambas condiciones para las oscilaciones: la fase es cero ( retroalimentación positiva ) y la ganancia del bucle es 1 o mayor.
Cuando se producen oscilaciones parásitas, el diseñador puede utilizar diversas herramientas de ingeniería de bucles de control para corregir la situación: reducir la ganancia o cambiar la fase en frecuencias problemáticas.
Se utilizan varias medidas para prevenir la oscilación parásita. Los circuitos amplificadores están dispuestos de manera que los cables de entrada y salida no estén adyacentes, lo que evita el acoplamiento capacitivo o inductivo. Se puede colocar una protección metálica sobre las partes sensibles del circuito. Se pueden colocar condensadores de derivación en las conexiones de la fuente de alimentación, para proporcionar una ruta de baja impedancia para las señales de CA y evitar el acoplamiento entre etapas a través de la fuente de alimentación. Cuando se utilizan placas de circuito impreso , las etapas de alta y baja potencia se separan y las pistas de retorno a tierra se organizan de manera que las corrientes pesadas no fluyan en porciones mutuamente compartidas de la pista a tierra. En algunos casos, el problema sólo puede resolverse mediante la introducción de otra red de neutralización de retroalimentación , calculada y ajustada para eliminar la retroalimentación negativa dentro de la banda de paso del dispositivo amplificador. Un ejemplo clásico es el circuito Neutrodyne utilizado en receptores de radiofrecuencia sintonizados .