Oscilador Puente de Wien: Circuito y Cálculo de Frecuencia
¿Qué es un Oscilador Puente de Wien?
Un Oscilador Puente de Wien es un tipo de oscilador de desplazamiento de fase basado en una red de Puente de Wien (Figura 1a) compuesta por cuatro brazos conectados en forma de puente. Aquí, dos brazos son puramente resistentes, mientras que los otros dos brazos son una combinación de resistencias y condensadores.
En particular, un brazo tiene una resistencia y un condensador conectados en serie (R1 y C1) mientras que el otro los tiene en paralelo (R2 y C2).
Esto indica que estos dos brazos de la red se comportan de manera similar a un filtro pasa altas o filtro pasa bajas, imitando el comportamiento del circuito mostrado en la Figura 1b.
En este circuito, a frecuencias altas, la reactancia de los condensadores C1 y C2 será mucho menor, lo que hará que el voltaje V0 se convierta en cero, ya que R2 estará cortocircuitado.
A continuación, a frecuencias bajas, la reactancia de los condensadores C1 y C2 se volverá muy alta.
Sin embargo, incluso en este caso, el voltaje de salida V0 permanecerá en cero, ya que el condensador C1 actuaría como un circuito abierto.
Este tipo de comportamiento exhibido por la red de Puente de Wien la hace un circuito de adelanto-retardo en el caso de frecuencias bajas y altas, respectivamente.
Cálculo de Frecuencia del Oscilador Puente de Wien
No obstante, entre estas dos frecuencias altas y bajas, existe una frecuencia particular en la que los valores de la resistencia y la reactancia capacitiva se igualarán, produciendo el voltaje de salida máximo.
Esta frecuencia se conoce como frecuencia resonante. La frecuencia resonante para un Oscilador Puente de Wien se calcula utilizando la siguiente fórmula:
Además, a esta frecuencia, el desplazamiento de fase entre la entrada y la salida se convertirá en cero y la magnitud del voltaje de salida será igual a un tercio del valor de entrada. Además, se observa que el Puente de Wien solo estará equilibrado a esta frecuencia particular.
En el caso del Oscilador Puente de Wien, la red de Puente de Wien de la Figura 1 se utilizará en la ruta de retroalimentación, como se muestra en la Figura 2. El diagrama del circuito para un Oscilador de Wien utilizando un TBJ (Transistor Bipolar de Unión) se muestra a continuación:
En estos osciladores, la sección del amplificador constará de un amplificador de dos etapas formado por los transistores, Q1 y Q2, donde la salida de Q2 se retroalimenta como entrada a Q1 a través de la red de Puente de Wien (mostrada dentro del recuadro azul en la figura).
Aquí, el ruido inherente al circuito causará un cambio en la corriente de base de Q1 que aparecerá en su punto colector después de ser amplificado con un desplazamiento de fase de 180°.
Esto se alimenta como entrada a Q2 a través de C4 y se amplifica aún más, apareciendo con un desplazamiento de fase adicional de 180°.
Esto hace que la diferencia de fase neta de la señal retroalimentada a la red de Puente de Wien sea 360°, satisfaciendo el criterio de desplazamiento de fase para obtener oscilaciones sostenidas.
Sin embargo, esta condición solo se cumplirá en el caso de la frecuencia resonante, debido a lo cual los osciladores de Puente de Wien serán altamente selectivos en términos de frecuencia, lo que lleva a un diseño estabilizado en frecuencia.
Los osciladores de Puente de Wien también pueden diseñarse utilizando amplificadores operacionales como parte de su sección de amplificación, como se muestra en la Figura 3.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que, aquí, el amplificador operacional debe actuar como un amplificador no inversor, ya que la red de Puente de Wien ofrece un desplazamiento de fase cero.
Además, desde el circuito, es evidente que el voltaje de salida se retroalimenta tanto a los terminales de entrada inversora como no inversora.
A la frecuencia resonante, los voltajes aplicados a los terminales inversor y no inversor serán iguales y en fase entre sí.
Sin embargo, incluso aquí, la ganancia de voltaje del amplificador necesita ser mayor que 3 para iniciar las oscilaciones y igual a 3 para mantenerlas. En general, estos tipos de osciladores de Puente de Wien basados en amplificadores operacionales no pueden funcionar por encima de 1 MHz debido a las limitaciones impuestas por su ganancia en bucle abierto.
Las redes de Puente de Wien son osciladores de baja frecuencia que se utilizan para generar frecuencias de audio y subaudio que van desde 20 Hz hasta 20 KHz.
Además, proporcionan una salida sinusoidal estabilizada y con poca distorsión en un amplio rango de frecuencias que se pueden seleccionar utilizando cajas de resistencias por década.
Además, la frecuencia de oscilación en este tipo de circuito puede variarse bastante fácilmente, ya que solo necesita la variación de los condensadores C1 y C2.
Sin embargo, estos osciladores
