Circuitele oscilatoare produc semnale periodice la ieșire. Ele pot converti orice semnal DC în semnal AC cu frecvențe diferite, în funcție de compoziția sa. Vom discuta despre oscilatorul pod Wien, principiul său de funcționare, împreună cu versiuni modificate și exemple în acest articol.
Oscilatorul podului Wien
Oscilatorul punte Wein este forma orientată pe frecvență a podului Wheatstone. În formarea sa de punte, două brațe conțin doar rezistențe, în timp ce celelalte două conțin combinații de rezistență și condensator. Unul dintre brațele oscilatorului puntea constă dintr-un circuit RC în serie cu un alt circuit RC paralel, așa cum se arată mai jos:
Combinațiile condensator-rezistor a două brațe arată ca filtre trece-înalt și trece-jos, așa cum sunt identificate în figura de mai jos:
Principiul de funcționare
Atunci când se aplică frecvențe mai mici, condensatoarele în serie oferă o reactanță foarte mare, deoarece reactanța unui condensator este invers proporțională cu frecvența dată de:
Datorită reactanței foarte mari, condensatorul se comportă ca un circuit deschis și, prin urmare, ieșirea rămâne zero.
Când se aplică frecvențe mai mari, ambii condensatori C1 și C2 oferă reactanță scăzută și acționează ca un scurtcircuit. În această situație, semnalul de intrare urmează calea scurtcircuitată de la C1 și C2 pentru a reveni la alimentare. Tensiunea de ieșire rămâne zero și în acest caz.
Cu toate acestea, putem selecta o gamă de frecvență medie între frecvența foarte înaltă și frecvența foarte joasă, astfel încât să poată fi evitate atât condițiile de circuit deschis, cât și de scurtcircuit. Frecvența de nivel mediu la care tensiunea de ieșire pare a fi maximă este cunoscută ca frecvență de rezonanță.
Reprezentare grafică
La frecvența de rezonanță, mărimea ieșirii este egală cu aproape o treime din tensiunea de intrare. Graficul, atunci când este reprezentat între amplificarea de ieșire și schimbarea de fază, oferă o ilustrare a avansului de fază, a întârzierii de fază și a punctului de rezonanță, așa cum se arată mai jos:
La frecvențe joase, unghiul de fază arată +90 de grade, indicând avansul de fază între semnalele de intrare și de ieșire, în timp ce la frecvențe înalte, unghiul de fază devine -90 de grade, indicând că va exista o întârziere de fază între semnalele de intrare și de ieșire. Punctul de frecvență medie, fr indică frecvențele de rezonanță în care două semnale sunt în fază unul cu celălalt.
La frecvențe joase, unghiul de fază arată +90 de grade, indicând avansul de fază între semnalele de intrare și de ieșire, în timp ce la frecvențe înalte, unghiul de fază devine -90 de grade, indicând că va exista o întârziere de fază între semnalele de intrare și de ieșire. Punctul de frecvență medie, fr indică frecvențele de rezonanță în care două semnale sunt în fază unul cu celălalt.
Exprimarea frecvenței oscilatorului
Frecvența de rezonanță se calculează mai jos:
Pentru frecvența de rezonanță; R1=R2=R și C1=C2=C:
Oscilator Wein Bridge cu amplificator operațional
Oscilatoarele de punte Wein pot integra și amplificatoare operaționale în circuitul lor. Terminalele amplificatoarelor operaționale sunt conectate la cele două puncte ale oscilatorului pod Wein, așa cum se arată mai jos:
Singura limitare a acestei configurații este limitarea frecvențelor superioare. Oscilatoarele de punte Wein bazate pe amplificatoare operaționale ar trebui să funcționeze sub 1 MHz. Acest lucru se datorează faptului că punțile Wein sunt oscilatoare de joasă frecvență între 20Hz și 20kHz.
Exemplu
Luați în considerare un rezistor de 20kΩ și un condensator variabil de 10nf până la 2000nf în circuitul oscilator al podului Wein. Evaluați valorile maxime și minime ale frecvențelor de oscilație.
Frecvența oscilațiilor este dată de:
Pentru frecvența cea mai joasă, fmin;
Pentru cea mai mare frecvență, fmax:
Concluzie
Oscilatorul de punte Wein este o combinație de rețele de filtre trece-înalt și trece-jos. Funcționează la frecvența de rezonanță unde tensiunea de ieșire pare a fi maximă. Peste și sub această frecvență, ieșirea zero este menținută.