Οσκιλλωτής Wien Bridge: Σχέδιο και Υπολογισμός Συχνότητας

Τι είναι ένας Wien Bridge Oscillator?

Ένας Wien-Bridge Oscillator είναι ένα είδος φάσης-κατακόρυφου ταλαντωτή που βασίζεται σε μια διάταξη Wien-Bridge (Σχήμα 1a) που αποτελείται από τέσσερα όργανα συνδεδεμένα σε γέφυρα. Εδώ, δύο όργανα είναι καθαρά αντιστατικά ενώ τα άλλα δύο όργανα είναι μια συνδυασμός αντιστάσεων και καταναλωτών.

Ειδικότερα, ένα όργανο έχει αντίσταση και καταναλωτή συνδεδεμένα σε σειρά (R1 και C1) ενώ το άλλο τα έχει σε παράλληλη σύνδεση (R2 και C2).

Αυτό υποδεικνύει ότι αυτά τα δύο όργανα της διάταξης συμπεριφέρονται όπως ένας υψηλός προσαρμοστικός φίλτρος ή χαμηλός προσαρμοστικός φίλτρος, μιμούμενοι τη συμπεριφορά του κυκλώματος που εμφανίζεται στο Σχήμα 1b.

Σε αυτό το κύκλωμα, σε υψηλές συχνότητες, η αντίδραση των καταναλωτών C1 και C2 θα είναι πολύ μικρή, λόγω του οποίου η τάση V0 θα γίνει μηδέν, καθώς η R2 θα συνδεθεί.

Επόμενο, σε χαμηλές συχνότητες, η αντίδραση των καταναλωτών C1 και C2 θα γίνει πολύ υψηλή.

Ωστόσο, ακόμα και σε αυτή την περίπτωση, η εξόδου τάση V0 θα παραμείνει μηδέν, καθώς ο καταναλωτής C1 θα λειτουργεί ως ανοιχτό κύκλωμα.

Αυτή η συμπεριφορά που εμφανίζεται από τη διάταξη Wien-Bridge την καθιστά ένα κύκλωμα προηγμένης-υστερής στην περίπτωση χαμηλών και υψηλών συχνοτήτων, αντίστοιχα.

Υπολογισμός Συχνότητας Wien Bridge Oscillator

Ωστόσο, μεταξύ αυτών των δύο υψηλών και χαμηλών συχνοτήτων, υπάρχει μια συγκεκριμένη συχνότητα στην οποία οι τιμές της αντίστασης και της καταναλωτικής αντίδρασης θα γίνουν ίσες μεταξύ τους, παράγοντας τη μέγιστη εξόδου τάση.

Αυτή η συχνότητα ονομάζεται συχνότητα συντονισμού. Η συχνότητα συντονισμού για έναν Wein Bridge Oscillator υπολογίζεται με την ακόλουθη τύπο:

Επιπλέον, σε αυτή τη συχνότητα, η διαφορά φάσης μεταξύ της εισόδου και της εξόδου θα γίνει μηδέν και η μέγεθος της εξόδου τάσης θα γίνει ίση με το ένα τρίτο της τιμής της εισόδου. Επιπλέον, διαπιστώνεται ότι η Wien-Bridge θα ισορροπεί μόνο σε αυτή τη συγκεκριμένη συχνότητα.

Στην περίπτωση του Wien-Bridge oscillator, η διάταξη Wien-Bridge του Σχήματος 1 θα χρησιμοποιηθεί στον δρόμο ανατροφοδότησης όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Το κυκλωματικό σχήμα για έναν Wein Oscillator χρησιμοποιώντας ένα BJT (Διπόλο Σύνδεσης Κορυφής) εμφανίζεται παρακάτω:

Σε αυτούς τους ταλαντωτή, η τμήμα ενισχυτή θα αποτελείται από δύο-στάδιο ενισχυτή σχηματισμένο από τους τρανζίστορες, Q1 και Q2, όπου η εξόδου του Q2 επιστρέφεται ως είσοδος στο Q1 μέσω της διάταξης Wien-Bridge (εμφανίζεται μέσα στη μπλε ζώνη στο σχήμα).

Εδώ, ο θόρυβος που υπάρχει στο κύκλωμα θα προκαλέσει μια αλλαγή στη βάση ρεύμα του Q1 ο οποίος θα εμφανιστεί στο σημείο συλλογής μετά την ενίσχυση με μια μετατόπιση φάσης 180o.

Αυτό εισάγεται ως είσοδος στο Q2 μέσω του C4 και ενισχύεται περαιτέρω και εμφανίζεται με μια επιπλέον μετατόπιση φάσης 180o.

Αυτό κάνει την συνολική διαφορά φάσης του σήματος που εισάγεται στη διάταξη Wien-Bridge να είναι 360o, ικανοποιώντας το κριτήριο μετατόπισης φάσης για την παραγωγή συνεχών ταλαντώσεων.

Ωστόσο, αυτή η συνθήκη θα ικανοποιηθεί μόνο στην περίπτωση της συχνότητας συντονισμού, λόγω της οποίας οι Wien-Bridge ταλαντωτής θα είναι πολύ επιλεκτικοί σε ό,τι αφορά τη συχνότητα, οδηγώντας σε ένα σχεδιασμό σταθερής συχνότητας.