Most Wiener moster: shema i izračun frekvencije

Što je Wien Bridge Oscilator

Wien-Bridge Oscilator je vrsta faznog oscilatora temeljena na Wien-Bridge mreži (Slika 1a) sastavljenoj od četiri grane povezane u mostovom obliku. Ovdje su dvije grane čisto otpornike, dok su druge dvije grane kombinacija otpornika i kondenzatora.

Posebno, jedna granica ima otpornik i kondenzator povezane serijalno (R1 i C1) dok druga ima ove komponente paralelno (R2 i C2).

To pokazuje da se te dvije grane mreže ponašaju identično kao visokopropusni filtar ili niskopropusni filtar, imitirajući ponašanje kruga prikazanog na Slici 1b.

U ovom krugu, na visokim frekvencijama, reaktancija kondenzatora C1 i C2 bit će značajno manja, zbog čega će napon V0 postati nula jer će R2 biti skraćen.

Nakon toga, na niskim frekvencijama, reaktancija kondenzatora C1 i C2 postat će vrlo visoka.

Ipak, čak i u ovom slučaju, izlazni napon V0 ostat će nula, jer bi kondenzator C1 djelovao kao otvoreni krug.

Ovakvo ponašanje koje pokazuje Wien-Bridge mreža čini je vodilnom-lag kružnicom u slučaju niskih i visokih frekvencija, redom.

Izračun Frekvencije Wien Bridge Oscilatora

Međutim, između ovih dvije visoke i niske frekvencije, postoji određena frekvencija na kojoj će vrijednosti otpornosti i kapacitivne reaktancije postati jednake međusobno, stvarajući maksimalni izlazni napon.

Ta frekvencija se naziva rezonantna frekvencija. Rezonantna frekvencija za Wein Bridge Oscilator računa se koristeći sljedeću formulu:

Dodatno, na toj frekvenciji, fazni pomak između ulaza i izlaza postaje nula, a magnituda izlaznog napona postaje jednaka trećini ulazne vrijednosti. Također, vidimo da će Wien-Bridge biti ravnoteža samo na toj posebnoj frekvenciji.

U slučaju Wien-Bridge oscilatora, Wien-Bridge mreža slike 1 koristi se u povratnoj putanji kako je prikazano na slici 2. Shema Wein Oscilatora koristeći BJT (Bipolarni spojnica tranzistor) prikazana je ispod:

U ovim oscilatorima, pojačavački dio sastoji se od dvostupnog pojačača formiranog tranzistorima, Q1 i Q2, gdje je izlaz Q2 vraćen kao ulaz Q1 preko Wien-Bridge mreže (prikazano unutar plave okvire na slici).

Ovdje će buka inherentna u krugu uzrokovati promjenu bazičnog struja Q1 koja će se pojaviti na njegovoj kolektor točki nakon pojačanja sa faznim pomakom od 180°.

To se prenosi kao ulaz Q2 preko C4 i dalje se pojačava i pojavljuje se s dodatnim faznim pomakom od 180°.

To čini ukupnu faznu razliku signala vraćenog Wien-Bridge mreži 360°, zadovoljavajući kriterij faznog pomaka za održavanje oscilacija.

Međutim, ova će se situacija zadovoljiti samo u slučaju rezonantne frekvencije, zbog čega će Wien-Bridge oscilatori biti vrlo selektivni u pogledu frekvencije, vodeći do dizajna stabiliziranog po frekvenci.

Wien-bridge oscilatori mogu se čak dizajnirati koristeći Op-Ampse kao dio njihovog pojačavačkog dijela, kako je prikazano na Slici 3.

Međutim, važno je napomenuti da Op-Amp tada treba djelovati kao neinversoni pojačač jer Wien-Bridge mreža pruža nulto fazno zamrštenje.

Dalje, iz sheme je evidentno da je izlazni napon vraćen na oba invertirajuća i neinvertirajuća ulazna polja.

Na rezonantnoj frekvenciji, naponi primjenjeni na invertirajuće i neinvertirajuće polje bit će jednaki i u fazi jedni s drugima.

Međutim, čak i ovdje, potrebno je da pojačanje napona pojačača bude veće od 3 da bi se započele oscilacije i jednako 3 da bi se održavale. Općenito, ovi Op-Amp temeljni Wien Bridge Oscilatori ne mogu raditi iznad 1 MHz zbog ograničenja koje im stavlja njihovo otvoreno pojačanje.

Wien-Bridge mreže su niskofrekventni oscilatori koji se koriste za generiranje audio i subaudio frekvencija u rasponu od 20 Hz do 20 KHz.

Dodatno, oni pružaju stabilizirani, malo distorzni sinusoidalni izlaz u širokom rasponu frekvencija koji se može odabrati pomoću dekadskih otpornih kutija.

Također, frekvencija oscilacija u ovom tipu kruga može se vrlo lako varirati jer je potrebna samo varijacija kondenzatora C