Oscillator Jembatan Wien: Rangkaian Dan Perhitungan Frekuensi

Apa Itu Wien Bridge Oscillator?

Wien-Bridge Oscillator adalah jenis phase-shift oscillator yang didasarkan pada jaringan Wien-Bridge (Gambar 1a) yang terdiri dari empat lengan yang dihubungkan dalam bentuk jembatan. Di sini dua lengan bersifat resistif murni sementara dua lengan lainnya merupakan kombinasi dari resistor dan kapasitor.

Secara khusus, satu lengan memiliki resistor dan kapasitor yang dihubungkan secara seri (R1 dan C1) sementara lengan lainnya dihubungkan secara paralel (R2 dan C2).

Ini menunjukkan bahwa kedua lengan jaringan ini berperilaku identik dengan high pass filter atau low pass filter, meniru perilaku rangkaian yang ditunjukkan oleh Gambar 1b.

Dalam rangkaian ini, pada frekuensi tinggi, reaktansi kapasitor C1 dan C2 akan sangat kecil sehingga tegangan V0 akan menjadi nol karena R2 akan dipendekkan.

Selanjutnya, pada frekuensi rendah, reaktansi kapasitor C1 dan C2 akan menjadi sangat tinggi.

Namun, bahkan dalam kasus ini, tegangan output V0 tetap akan nol, karena kapasitor C1 akan bertindak sebagai sirkuit terbuka.

Perilaku semacam ini yang ditunjukkan oleh jaringan Wien-Bridge membuatnya menjadi rangkaian lead-lag pada frekuensi rendah dan tinggi, masing-masing.

Perhitungan Frekuensi Wien Bridge Oscillator

Namun, di antara kedua frekuensi tinggi dan rendah ini, ada frekuensi tertentu di mana nilai resistansi dan reaktansi kapasitif akan sama, menghasilkan tegangan output maksimum.

Frekuensi ini disebut frekuensi resonan. Frekuensi resonan untuk Wien Bridge Oscillator dihitung menggunakan rumus berikut:

Lebih lanjut, pada frekuensi ini, pergeseran fase antara input dan output akan menjadi nol dan magnitudo tegangan output akan menjadi sepertiga dari nilai input. Selain itu, dilihat bahwa Wien-Bridge hanya akan seimbang pada frekuensi tertentu ini.

Dalam kasus Wien-Bridge oscillator, jaringan Wien-Bridge pada Gambar 1 akan digunakan dalam jalur umpan balik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Diagram rangkaian untuk Wein Oscillator menggunakan BJT (Bipolar Junction Transistor) ditunjukkan di bawah ini:

Dalam oscillator-oscillator ini, bagian penguat akan terdiri dari penguat dua tahap yang dibentuk oleh transistor, Q1 dan Q2, di mana output Q2 diberikan kembali sebagai input ke Q1 melalui jaringan Wien-Bridge (ditunjukkan dalam kotak biru pada gambar).

Di sini, noise yang inheren dalam rangkaian akan menyebabkan perubahan arus basis Q1 yang akan muncul di titik kolektor setelah diperbesar dengan pergeseran fase 180o.

Ini diberikan sebagai input ke Q2 melalui C4 dan diperbesar lebih lanjut dan muncul dengan pergeseran fase tambahan 180o.

Ini membuat selisih fase total sinyal yang dikirim kembali ke jaringan Wien-Bridge menjadi 360o, memenuhi kriteria pergeseran fase untuk mendapatkan osilasi yang berkelanjutan.

Namun, kondisi ini hanya akan terpenuhi pada frekuensi resonan, sehingga Wien-Bridge oscillator akan sangat selektif dalam hal frekuensi, mengarah pada desain yang stabil frekuensinya.

Wien-bridge oscillator bahkan dapat dirancang menggunakan Op-Amps sebagai bagian dari bagian penguat mereka, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.

Namun perlu dicatat bahwa di sini, Op-Amp harus berfungsi sebagai penguat non-inverting karena jaringan Wien-Bridge menawarkan pergeseran fase nol.

Lebih lanjut, dari rangkaian, jelas bahwa tegangan output diberikan kembali ke terminal input inverting dan non-inverting.

Pada frekuensi resonan, tegangan yang diterapkan pada terminal inverting dan non-inverting akan sama dan sefase.

Namun, bahkan di sini, gain tegangan penguat perlu lebih besar dari 3 untuk memulai osilasi dan sama dengan 3 untuk mempertahankannya. Secara umum, jenis Wien Bridge Oscillators berbasis Op-Amp ini tidak dapat beroperasi di atas 1 MHz karena batasan yang dikenakan oleh gain loop terbuka mereka.

Jaringan Wien-Bridge adalah osilator frekuensi rendah yang digunakan untuk menghasilkan frekuensi audio dan sub-audio berkisar antara 20 Hz hingga 20 KHz.

Lebih lanjut, mereka memberikan output sinusoidal yang stabil, rendah distorsi, dalam rentang frekuensi yang luas yang dapat dipilih menggunakan kotak resistansi dekade.

Selain itu, frekuensi osilasi dalam rangkaian semacam ini dapat diubah dengan mudah karena hanya perlu variasi kapasitor C1 dan C2.

Namun, oscillator-oscillator ini membutuhkan banyak komponen rangkaian dan hanya dapat dioperasikan hingga frekuensi maksimum tertentu saja.

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel