Oscilator Jambatan Wien: Litar dan Pengiraan Frekuensi

Apakah Wien Bridge Oscillator?

Wien-Bridge Oscillator adalah jenis fasa-shift oscillator yang berdasarkan 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 sama seperti penapis frekuensi tinggi atau penapis frekuensi rendah, mengikuti perilaku rangkaian yang ditunjukkan oleh Gambar 1b.

Dalam rangkaian ini, pada frekuensi tinggi, reaktansi kapasitor C1 dan C2 akan jauh lebih kecil sehingga voltan V0 akan menjadi nol kerana R2 akan dipendekkan.

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

Namun, bahkan dalam kasus ini, voltan keluaran V0 akan tetap nol, kerana kapasitor C1 akan bertindak sebagai sirkuit terbuka.

Perilaku semacam ini yang ditunjukkan oleh jaringan Wien-Bridge menjadikannya rangkaian lead-lag dalam kasus frekuensi rendah dan tinggi, masing-masing.

Pengiraan Frekuensi Wien Bridge Oscillator

Namun, di antara kedua frekuensi tinggi dan rendah ini, terdapat frekuensi tertentu di mana nilai tahanan dan reaktansi kapasitif akan menjadi sama, menghasilkan voltan keluaran maksimum.

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

Lebih lanjut, pada frekuensi ini, perbedaan fasa antara input dan output akan menjadi nol dan magnitud voltan keluaran 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 dari Gambar 1 akan digunakan dalam jalur umpan balik seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2. Diagram rangkaian untuk Wien Oscillator menggunakan BJT (Bipolar Junction Transistor) ditunjukkan di bawah:

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

Di sini, hingar bawaan dalam rangkaian akan menyebabkan perubahan arus dasar Q1 yang akan muncul di titik kolektor setelah diperbesar dengan pergeseran fasa 180o.

Ini diberikan sebagai input ke Q2 melalui C4 dan diperbesar lagi serta muncul dengan pergeseran fasa tambahan 180o.

Ini membuat perbedaan fasa bersih sinyal yang diberikan kembali ke jaringan Wien-Bridge menjadi 360o, memenuhi kriteria pergeseran fasa untuk mendapatkan osilasi berkelanjutan.

Namun, kondisi ini hanya akan terpenuhi dalam kasus frekuensi resonan, sehingga osilator Wien-Bridge akan sangat selektif dalam hal frekuensi, mengarah ke desain stabil frekuensi.

Osilator Wien-bridge 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 diperlukan untuk bertindak sebagai penguat non-inverting karena jaringan Wien-Bridge menawarkan pergeseran fasa nol.

Lebih lanjut, dari rangkaian, jelas bahwa voltan keluaran diberikan kembali ke kedua terminal input inverting dan non-inverting.

Pada frekuensi resonan, voltan yang diterapkan ke terminal inverting dan non-inverting akan sama dan sefase satu sama lain.

Namun, bahkan di sini, gain voltan penguat perlu lebih besar dari 3 untuk memulai osilasi dan sama dengan 3 untuk mempertahankannya. Secara umum, jenis op-amp berbasis Wien Bridge Oscillators tidak dapat beroperasi di atas 1 MHz karena batasan yang dikenakan padanya oleh gain open-loop.

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 dan rendah distorsi dalam rentang frekuensi yang luas yang dapat dipilih menggunakan kotak tahanan dekade.

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

Namun, osilator