Els circuits oscil·ladors produeixen senyals periòdics a la sortida. Poden convertir qualsevol senyal de CC en senyal de CA amb diferents freqüències depenent de la seva composició. En aquest article parlarem de l'oscil·lador del pont de Wien, el seu principi de funcionament juntament amb versions modificades i exemples.
L'oscil·lador del pont de Viena
L'oscil·lador del pont de Wein és la forma orientada a la freqüència del pont de Wheatstone. En la seva formació de pont, dos braços contenen només resistències, mentre que els altres dos contenen combinacions de resistències i condensadors. Un dels braços de l'oscil·lador del pont consta d'un circuit RC en sèrie amb un altre circuit RC paral·lel com es mostra a continuació:
Les combinacions de condensador-resistència de dos braços semblen filtres de pas alt i pas baix, tal com s'identifica a la figura següent:
Principi de funcionament
Quan s'apliquen freqüències més baixes, els condensadors en sèrie ofereixen una reactància molt alta, ja que la reactància d'un condensador és inversament proporcional a la freqüència, tal com es dóna:
A causa de la molt alta reactància, el condensador es comporta com un circuit obert i, per tant, la sortida es manté zero.
Quan s'apliquen freqüències més altes, els dos condensadors C1 i C2 ofereixen una reactància baixa i actuen com un curtcircuit. En aquesta situació, el senyal d'entrada segueix el camí curtcircuit des de C1 i C2 per tornar al subministrament. La tensió de sortida també es manté zero en aquest cas.
Tanmateix, podem seleccionar un rang de freqüència mitjana entre una freqüència molt alta i una freqüència molt baixa, de manera que es poden evitar tant les condicions de circuit obert com de curtcircuit. La freqüència de nivell mitjà a la qual la tensió de sortida sembla ser màxima es coneix com a freqüència de ressonància.
Representació Gràfica
A la freqüència de ressonància, la magnitud de la sortida és igual a gairebé un terç de la tensió d'entrada. El gràfic, quan es representa entre el guany de sortida i el canvi de fase, proporciona una il·lustració de l'avanç de fase, el retard de fase i el punt de ressonància tal com es mostra a continuació:
A freqüències baixes, l'angle de fase mostra +90 graus, indicant un avançament de fase entre els senyals d'entrada i sortida, mentre que a freqüències altes, l'angle de fase es converteix en -90 graus, indicant que hi haurà un retard de fase entre els senyals d'entrada i sortida. El punt de freqüència mitjana, fr indica freqüències de ressonància on dos senyals estan en fase entre si.
A freqüències baixes, l'angle de fase mostra +90 graus, indicant un avançament de fase entre els senyals d'entrada i sortida, mentre que a freqüències altes, l'angle de fase es converteix en -90 graus, indicant que hi haurà un retard de fase entre els senyals d'entrada i sortida. El punt de freqüència mitjana, fr indica freqüències de ressonància on dos senyals estan en fase entre si.
Expressió de la freqüència de l'oscil·lador
La freqüència de ressonància es calcula a continuació:
Per a freqüència de ressonància; R1=R2=R i C1=C2=C:
Oscil·lador Wein Bridge amb amplificador operacional
Els oscil·ladors de pont Wein també poden integrar amplificadors operacionals al seu circuit. Els terminals dels amplificadors operacionals estan connectats als dos punts de l'oscil·lador del pont Wein, tal com es mostra a continuació:
L'única limitació d'aquesta configuració és la limitació de freqüències més altes. Els oscil·ladors de pont Wein basats en amplificadors operatius haurien de funcionar per sota d'1 MHz. Això es deu al fet que els ponts Wein són oscil·ladors de baixa freqüència entre 20 Hz i 20 kHz.
Exemple
Considereu una resistència de 20 kΩ i un condensador variable de 10 nf a 2000 nf al circuit oscil·lador del pont de Wein. Avaluar valors màxims i mínims de freqüències d'oscil·lació.
La freqüència de les oscil·lacions ve donada per:
Per a la freqüència més baixa, fmin;
Per a la freqüència més alta, fmax:
Conclusió
L'oscil·lador de pont Wein és una combinació de xarxes de filtres de pas alt i pas baix. Funciona a la freqüència de ressonància on la tensió de sortida sembla ser màxima. Per sobre i per sota d'aquesta freqüència, es manté la sortida zero.