Oscilador de Ponte de Wien: Circuíto e Cálculo da Frecuencia

Que é un oscilador de ponte de Wien?

Un oscilador de ponte de Wien é un tipo de oscilador de desprazamento de fase baseado nunha rede de ponte de Wien (Figura 1a) composta por catro brazos conectados en forma de ponte. Aquí, dous brazos son puramente resistentes mentres que os outros dous brazos son unha combinación de resistencias e condensadores.

En particular, un brazo ten unha resistencia e un condensador conectados en serie (R1 e C1) mentres que o outro os ten en paralelo (R2 e C2).

Isto indica que estes dous brazos da rede se comportan de xeito idéntico ao dun filtro paso alto ou filtro paso baixo, imitando o comportamento do circuito mostrado na Figura 1b.

Neste circuito, a alta frecuencia, a reactancia dos condensadores C1 e C2 será moito menor debido á cal a tensión V0 tornarase cero xa que R2 será cortocircuitado.

Seguidamente, a baixa frecuencia, a reactancia dos condensadores C1 e C2 será moi alta.

No entanto, mesmo neste caso, a tensión de saída V0 permanecerá en cero só, xa que o condensador C1 actuaría como un circuito aberto.

Este tipo de comportamento exhibido pola rede de ponte de Wien a fai un circuito de avance-retardo no caso de baixas e altas frecuencias, respectivamente.

Cálculo da frecuencia dun oscilador de ponte de Wien

Non obstante, entre estas dúas frecuencias altas e baxas, existe unha frecuencia particular na que os valores da resistencia e a reactancia capacitiva serán iguais entre si, producindo a máxima tensión de saída.

Esta frecuencia denomínase frecuencia resonante. A frecuencia resonante para un oscilador de ponte de Wien calculase usando a seguinte fórmula:

Ademais, nesta frecuencia, o desprazamento de fase entre a entrada e a saída tornarase cero e a magnitude da tensión de saída será igual a un terzo do valor de entrada. Ademais, vése que a ponte de Wien só estará equilibrada nesta frecuencia particular.

No caso dun oscilador de ponte de Wien, a rede de ponte de Wien da Figura 1 usaráse na ruta de retroalimentación como se mostra na Figura 2. O diagrama de circuito dun oscilador de Wein usando un TBJ (Transistor Bipolar de Xuncción) amósase a continuación:

Nestes osciladores, a sección do amplificador compónese de dous estádios de amplificación formados polos transistores, Q1 e Q2, onde a saída de Q2 alimenta de novo como entrada a Q1 a través da rede de ponte de Wien (mostrada dentro do recinto azul na figura).

Aquí, o ruído inerente ao circuito causará un cambio na corrente de base de Q1 que aparecerá no seu punto colector despois de ser amplificado con un desprazamento de fase de 180º.

Isto alimenta como entrada a Q2 a través de C4 e obtense unha amplificación adicional e aparece con un desprazamento de fase adicional de 180º.

Isto fai que a diferenza de fase neta do sinal retroalimentado á rede de ponte de Wien sexa 360º, satisfacendo o criterio de desprazamento de fase para obter oscilacións sostenidas.

No entanto, esta condición só se satisfará no caso da frecuencia resonante, polo que os osciladores de ponte de Wien serán altamente selectivos en termos de frecuencia, levando a un deseño estabilizado en frecuencia.

Os osciladores de ponte de Wien incluso poden deseñarse usando amplificadores operacionais como parte da súa sección de amplificación, como se mostra na Figura 3.

No entanto, hai que notar que, aquí, o amplificador operacional debe actuar como un amplificador non inversor xa que a rede de ponte de Wien ofrece un desprazamento de fase cero.

Ademais, a partir do circuito, é evidente que a tensión de saída retroalimentase tanto nos terminais de entrada inversora como non inversora.

Na frecuencia resonante, as voltaxes aplicadas aos terminais de entrada inversora e non inversora serán iguais e en fase unha coa outra.

No entanto, incluso aquí, a ganancia de tensión do amplificador debe ser maior que 3 para iniciar as oscilacións e igual a 3 para sostelás. En xeral, estes tipos de osciladores de ponte de Wien baseados en amplificadores operacionais non poden operar por encima de 1 MHz debido ás limitacións impuestas pola súa ganancia en bucle aberto.

As redes de ponte de Wien son osciladores de baixa frecuencia que empreganse para xerar frecuencias audibles e subaudibles que van desde 20 Hz ata 20 KHz.

Ademais, proporcionan unha saída sinusoidal estabilizada e de baixa distorsión sobre unha ampla gama de frecuencias que pode seleccionarse usando caixas de resistencias por década.

Ademais, a frecuencia de oscilación neste tipo de circuito pode variarse bastante facilmente, xa que só require a variación dos condensadores C1 e C2.

No entanto, estes osciladores