Oscilador del puente Wein

Oscilador del puente Wein

Debido a las ventajas como una buena estabilidad de frecuencia, muy baja distorsión y facilidad de ajuste, un oscilador de puente de Wien se convierte en el circuito de generador de señal de rango de frecuencia de audio más popular. Este tipo de oscilador usa una red de retroalimentación RC por lo que también se puede considerar como un oscilador RC.

La diferencia principal entre el oscilador general y el oscilador de puente de Wien es que en un oscilador, la etapa amplificadora introduce un cambio de fase de 180 grados y la red de retroalimentación introduce un desplazamiento de fase adicional de 180 grados para obtener un desplazamiento de 360 ​​grados o de fase cero alrededor el bucle para satisfacer los criterios de Barkhausen.

Pero, en el caso del oscilador de puente de Wien, un amplificador no inversor utilizado en la etapa de amplificación no introduce ningún cambio de fase. Por lo tanto, no es necesario el cambio de fase a través de la red de retroalimentación para cumplir los criterios de Barkhausen. Discutamos brevemente sobre el oscilador de puente de Wien.

Wien Bridge Oscillator

Un oscilador de puente Wien produce ondas sinusoidales que utilizan la red RC como la parte que determina la frecuencia del circuito. En la figura de abajo se muestra un circuito básico del oscilador de puente Wien con etapa amplificadora.

La salida del amplificador se aplica entre los terminales 1 y 3 mientras que la entrada a la etapa amplificadora se suministra desde los terminales 2 y 4 por lo tanto, la salida del amplificador se convierte en la tensión de entrada del puente, mientras que la salida del puente se convierte en la tensión de entrada del amplificador.

 Wien Bridge Oscillator

Cuando el puente está balanceado, el voltaje de entrada al amplificador se vuelve cero, por lo que para producir el la entrada de oscilaciones sostenidas al amplificador no debe desaparecer. Por lo tanto, el puente está desequilibrado ajustando los valores adecuados de las resistencias.

Como mencionamos anteriormente, la red RC es responsable de determinar la frecuencia del oscilador. Esta red RC consta de dos brazos sensibles a la frecuencia, a saber, la serie R1C1 y la paralela R2, C2. Esta red también se denomina circuito de adelanto.

 Red Lead-lag

La tensión de salida en el capacitor se encuentra detrás del voltaje de entrada en un ángulo entre 0 y-90 grados en el circuito de retardo. En el circuito principal, la tensión de salida en la resistencia lleva la tensión de entrada en un ángulo entre 0 y 90 grados.

A muy bajas frecuencias, la tensión de salida se vuelve cero, ya que el condensador en serie se comporta como un circuito abierto y tampoco hay salida a frecuencias muy altas ya que el condensador en paralelo actúa como ruta en cortocircuito a la tensión de entrada. Por lo tanto, entre estas dos condiciones extremas, la tensión de salida alcanza el valor máximo.

La frecuencia de resonancia es la frecuencia a la que la tensión de salida es máxima. En esta frecuencia, la fracción de retroalimentación K alcanza un valor máximo de 1/3.

La retroalimentación será máxima cuando Xc = R y, por lo tanto, la frecuencia de resonancia viene dada por

f = 1/2πRC

 Red de derivación wavefroms La figura anterior indica el voltaje de salida a frecuencia resonante. En la frecuencia de resonancia, el desplazamiento de fase a través del circuito es cero y la atenuación V1/V0 es 1/3. Por lo tanto, para mantener las oscilaciones, el amplificador debe tener una ganancia mayor a 3.

El oscilador de puente de Wien puede proporcionar los diferentes rangos de frecuencia montando los dos condensadores en el eje y variando sus valores simultáneamente.

Wien Bridge Oscillator utilizando Op-amp

La figura siguiente muestra un tipo de oscilador de puente de Wien ampliamente utilizado. El amplificador operacional se usa en una configuración no inversora y forma una red de división de voltaje. Las resistencias R1 y Rf forman la parte de la ruta de realimentación que determina o facilita el ajuste de la ganancia del amplificador.

La salida del amplificador operacional se conecta como entrada al puente en los puntos ayc, mientras que la salida del puente en los puntos byd están conectados a la entrada del op-amp.

 Wien Bridge Oscillator con amplificador operacional

Una parte del la salida del amplificador es la retroalimentación a través de la red del divisor de voltaje (una combinación en serie de resistencia y condensador) al terminal positivo o no inversor del amplificador.

También, se La porción cond del amplificador es realimentada al terminal inversor o negativo del amplificador a través de la impedancia de magnitud 2R.

Si los elementos de la red de retroalimentación se eligen correctamente, el cambio de fase de la entrada de señal al amplificador es cero a cierta frecuencia. Como el amplificador no invierte, lo que introduce un desplazamiento de fase cero más el cambio de fase cero de la red de retroalimentación, el desplazamiento de fase total se vuelve cero alrededor del bucle, por lo tanto la condición requerida de oscilaciones.

Por lo tanto, el oscilador de puente Wien funciona un generador de onda sinusoidal cuya frecuencia de oscilaciones está determinada por los componentes R y C.

 Wien Bridge Oscillator Working

La ganancia del amplificador operacional se expresa como

A = 1 + (Rf/R1)

Como mencionamos anteriormente, la ganancia de non-inverti ng amplifier debe tener un mínimo de 3 para satisfacer el criterio de Barkhausen.

Por lo tanto, 1 + (Rf/R1) ≥ 3

→ (Rf/R1) ≥ 2

Por lo tanto, la relación de resistencias Rf a R1 debe ser igual o mayor que 2. La frecuencia de las oscilaciones está dada por

f = 1/2πRC

Problema de ejemplo en el oscilador Wien Bridge

Determine los valores RC del circuito oscilador del puente Wien para la operación a una frecuencia de 10 kHz si R = 100 K ohmios y R1 = 1 K ohm.

Dado que f = 10 kHz, R = 100 K ohms, R1 = 1K ohm.

La frecuencia de oscilaciones en el oscilador de puente de Wien se da como

f = 1/(2πRC)

Then C = 1/(2π × 100 × 103 × 10 × 103)

= 0.159 nF

Para oscilaciones sostenidas, la ganancia debe ser mayor que 3, es decir, A ≥ 3

Luego 1 + (Rf/R1) ≥ 3

(Rf/R1) ≥ 2

Rf ≥ 1K Ohm

Por lo tanto, los valores R y C son 0.159 nF y 1K Ohm respectivamente.

Oscilador de puente de Wien transistorizado

La figura siguiente muestra el oscilador de puente de Wien transistorizado que utiliza un amplificador de transistor de emisor común de dos etapas. Cada etapa de amplificador introduce un desplazamiento de fase de 180 grados y, por lo tanto, se introduce un desplazamiento de fase total de 360 ​​grados que no es más que una condición de cambio de fase cero.

El puente de retroalimentación consiste en elementos de serie RC, elementos paralelos RC Resistencias R3 y R4. La entrada al circuito del puente se aplica desde el colector del transistor T2 a través de un condensador de acoplamiento.

 Oscilador de puente Wien transistorizado

Cuando la fuente de CC se aplica al circuito, se genera una señal de ruido en la base del transistor T1 se genera debido al movimiento de portadores de carga a través del transistor y otro circuito componentes. Esta tensión se amplifica con la ganancia A y produce una tensión de salida de 180 grados fuera de fase con la tensión de entrada.

Esta tensión de salida se aplica como entrada al segundo transistor en el terminal base de T2. Esta tensión se multiplica por la ganancia del T2.

La salida amplificada del transistor T2 está desfasada 180 grados con la salida del T1. Esta salida es realimentación al transistor T1 a través del condensador de acoplamiento C. Por lo tanto, las oscilaciones se producen en un amplio rango de frecuencias mediante esta retroalimentación positiva cuando se satisfacen las condiciones de Barkhausen.

Generalmente, el puente de Wien en la red de retroalimentación incorpora las oscilaciones a la frecuencia deseada única.

El puente se balancea en la frecuencia en que el desplazamiento de fase total es cero.

La salida del transistor de dos etapas actúa como una entrada a la red de retroalimentación que se aplica entre la base y el suelo.

Voltaje de realimentación, Vf = (Vo × R4)/(R3 + R4)

Control automático de ganancia en Wien Bridge

La ganancia debe ser de autoajuste para lograr la estabilidad de los osciladores de realimentación. Esta es una forma de control automático de ganancia (AGC). Esto se puede lograr simplemente colocando un diodo Zener en paralelo con la resistencia R3 en la red de retroalimentación. Cuando la señal de salida alcanza la tensión de ruptura zener, el diodo Zener conduce a la resistencia de cortocircuito R3.

Esto reduce la ganancia del amplificador a 3 y por lo tanto oscilaciones sostenidas producidas por el resultado de la ganancia total de bucle 1. Aunque este método de control de ganancia automático es simple pero adolece de la no linealidad del diodo zener, la onda sinusoidal se distorsiona.

Otro método para controlar la ganancia es el uso de un JFET como una resistencia controlada por voltaje en una ruta de retroalimentación negativa. En comparación con el método del diodo Zener, este método de control de ganancia produce una forma de onda sinusoidal estable. Un JFET opera en una región óhmica con Vos pequeño o cero.

Por lo tanto, la resistencia de la fuente de drenaje aumenta con el aumento del voltaje de la compuerta. Por lo tanto, el control automático de ganancia se logra mediante esta resistencia de control de voltaje cuando el JFET se coloca en un circuito de retroalimentación negativa.

 Control automático de ganancia en Wien Bridge La figura anterior ilustra el control automático de ganancia del oscilador de puente Wien estabilizado JFET. En este circuito, la ganancia del amplificador está controlada por los componentes Rf, R3 y Q1. Depende del voltaje de la compuerta, la resistencia de la fuente de drenaje es variada. Esta resistencia es mínima con puerta cero voltios. A esto, la ganancia de lazo será más de 1.

A medida que la tensión de salida aumenta rápidamente, la señal de salida negativa polariza el diodo y, por lo tanto, las cargas del condensador a una tensión negativa. Esta tensión de carga aumenta la resistencia del JFET entre el drenaje y la fuente, lo que lleva a reducir la ganancia del amplificador.

Al seleccionar los valores adecuados de los componentes de realimentación, la ganancia del lazo se puede estabilizar al nivel deseado.

Ventajas

  • Debido al uso de un amplificador de dos etapas, la ganancia general de este oscilador es alta.
  • Al variar los valores de C1 y C2 o con el uso de resistencias variables, la frecuencia de las oscilaciones puede variar.
  • Produce una onda sinusoidal muy buena con menos distorsión
  • La estabilidad de la frecuencia es buena
  • Debido a la ausencia de inductores, no se produce interferencia por campos magnéticos externos.

Desventajas

  • Se necesita más cantidad de componentes para el tipo de amplificador de dos etapas de Osciladores de puente de Wien.
  • No se pueden generar frecuencias muy altas.

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