Wien Bridge Oscillator: Sirkwito at Pagkalkula ng Prewensya

Ano ang Wien Bridge Oscillator?

Ang Wien-Bridge Oscillator ay isang uri ng phase-shift oscillator na batay sa network ng Wien-Bridge (Figure 1a) na binubuo ng apat na bahagi na konektado sa paraan ng tulay. Dito, ang dalawang bahagi ay buong resistive habang ang iba pang dalawang bahagi ay kombinasyon ng resistors at capacitors.

Partikular, ang isang bahagi ay may resistor at capacitor na konektado sa serye (R1 at C1) samantalang ang isa pa ay may kanila naman sa parallel (R2 at C2).

Ito ay nagpapahiwatig na ang dalawang bahagi ng network ay gumagana nang kapareho sa katulad ng high pass filter o low pass filter, na paminsan-minsan ay tumutugon sa pag-uugali ng circuit na ipinakita sa Figure 1b.

Sa circuit na ito, sa mataas na frequency, ang reaktansiya ng capacitors C1 at C2 ay maaaring maging mas mababa kaya ang voltage V0 ay magiging sero dahil ang R2 ay ma-short circuit.

Sundin, sa mababang frequency, ang reaktansiya ng capacitors C1 at C2 ay maaaring maging napakataas.

Gayunpaman, kahit sa kasong ito, ang output voltage V0 ay mananatiling sero lamang, sapagkat ang capacitor C1 ay gagampanan bilang open circuit.

Ang ganitong uri ng pag-uugali na ipinapakita ng network ng Wien-Bridge ay ginagawa itong lead-lag circuit sa kasong mababang at mataas na frequency, ayon sa pagkakabanggit.

Pagsusuri sa Frequency ng Wien Bridge Oscillator

Gayunpaman, sa gitna ng mga itong dalawang mataas at mababang frequency, mayroong partikular na frequency kung saan ang halaga ng resistance at capacitive reaktansiya ay magiging pantay-pantay sa bawat isa, na nagpapabunga ng pinakamataas na output voltage.

Tinatawag ang frequency na ito bilang resonant frequency. Ang resonant frequency para sa Wein Bridge Oscillator ay inaasahan gamit ang sumusunod na formula:

Karagdagan, sa frequency na ito, ang phase-shift sa pagitan ng input at output ay magiging sero at ang laki ng output voltage ay magiging pantay-pantay sa one-third ng halaga ng input. Sa karagdagan, nakikita na ang Wien-Bridge ay balanse lamang sa partikular na frequency na ito.

Sa kasong Wien-Bridge oscillator, ang network ng Wien-Bridge ng Figure 1 ay gagamit sa feedback path tulad ng ipinakita sa Figure 2. Ang diagram ng circuit para sa Wein Oscillator gamit ang BJT (Bipolar Junction Transistor) ay ipinapakita sa ibaba:

Sa mga oscillators na ito, ang amplifier section ay binubuo ng two-stage amplifier na nabuo ng transistors, Q1 at Q2, kung saan ang output ng Q2 ay ibabalik bilang input sa Q1 via Wien-Bridge network (ipinapakita sa loob ng blue enclosure sa figure).

Dito, ang ingay na inherent sa circuit ay magdudulot ng pagbabago sa base current ng Q1 na maglalabas ng amplified na may phase-shift na 180o.

Ito ay ibibigay bilang input sa Q2 via C4 at magiging amplified pa at lumabas na may additional na phase-shift na 180o.

Ito ang nagbibigay ng net phase-difference ng signal na ibinalik sa network ng Wien-Bridge na 360o, na natutugunan ang phase-shift criterion upang makamit ang sustained oscillations.

Gayunpaman, ang kondisyon na ito ay matutugunan lamang sa kasong resonant frequency, kaya ang mga Wien-Bridge oscillators ay matalino sa termino ng frequency, na nagresulta sa isang frequency-stabilized na disenyo.

Maaari rin ang mga Wien-bridge oscillators na maisip gamit ang Op-Amps bilang bahagi ng kanilang amplifier section, tulad ng ipinakita sa Figure 3.

Gayunpaman, dapat tandaan na dito, ang Op-Amp ay kinakailangan na gumana bilang non-inverting amplifier dahil ang network ng Wien-Bridge ay nagbibigay ng zero phase-shift.

Karagdagan, mula sa circuit, malinaw na ang output voltage ay ibinalik sa parehong inverting at non-inverting input terminals.

Sa resonant frequency, ang voltages na inilapat sa inverting at non-inverting terminals ay magiging pantay-pantay at in-phase sa bawat isa.

Gayunpaman, kahit dito, ang voltage gain ng amplifier ay kailangang mas mataas kaysa 3 upang simulan ang oscillations at pantay-pantay sa 3 upang sustein sila. Sa pangkalahatan, ang mga ganitong uri ng Op-Amp-based Wien Bridge Oscillators ay hindi maaaring gumana sa itaas ng 1 MHz dahil sa mga limitasyon na inilapat sa kanila ng kanilang open-loop gain.

Ang mga network ng Wien-Bridge ay low frequency oscillators na ginagamit upang bumuo ng audio at sub-audio frequencies na nasa pagitan ng 20 Hz hanggang 20 KHz.

Karagdagan, sila ay nagbibigay ng stabilized, mababang distorted sinusoidal output sa malawak na saklaw ng frequency na maaaring piliin gamit ang decade resistance boxes.

Sa karagdagan, ang frequency ng oscillation sa circuit na ito ay maaaring madaling baguhin sapagkat kailangan lamang ang variation ng capacitors C1 at C