Mostek Wiena: Układ i obliczenie częstotliwości
Co to jest oscylator mostkowy Wiena?
Oscylator mostkowy Wiena to rodzaj fazowego oscylatora opartego na sieci mostkowej Wiena (Rysunek 1a), składającej się z czterech ramion połączonych w formie mostka. Dwa ramiona są całkowicie rezystywne, podczas gdy dwa pozostałe są kombinacją rezystorów i kondensatorów.
W szczególności, jedno ramię ma rezystor i kondensator połączone szeregowo (R1 i C1), podczas gdy drugie ma je połączone równolegle (R2 i C2).
To oznacza, że te dwa ramiona sieci zachowują się identycznie jak przepustnik pasmowy górny lub przepustnik pasmowy dolny, naśladując zachowanie obwodu pokazanego na Rysunku 1b.
W tym obwodzie, przy wysokich częstotliwościach, reaktancja kondensatorów C1 i C2 będzie znacznie mniejsza, co spowoduje, że napięcie V0 stanie się zerowe, ponieważ R2 zostanie skrócone.
Następnie, przy niskich częstotliwościach, reaktancja kondensatorów C1 i C2 stanie się bardzo wysoka.
Jednak nawet w tym przypadku, napięcie wyjściowe V0 pozostanie na zero, ponieważ kondensator C1 będzie działał jako otwarty obwód.
Ten rodzaj zachowania sieci mostkowej Wiena sprawia, że jest ona obwodem przód-zapóźnienia w przypadku niskich i wysokich częstotliwości, odpowiednio.
Obliczenie częstotliwości oscylatora mostkowego Wiena
Mimo to, między tymi dwiema częstotliwościami, istnieje określona częstotliwość, przy której wartości oporu i reaktancji pojemnościowej staną się równe, generując maksymalne napięcie wyjściowe.
Ta częstotliwość jest nazywana częstotliwością rezonansową. Częstotliwość rezonansowa dla oscylatora mostkowego Wiena jest obliczana za pomocą następującego wzoru:
Dodatkowo, przy tej częstotliwości, przesunięcie fazowe między wejściem i wyjściem stanie się zerowe, a amplituda napięcia wyjściowego stanie się równa jednej trzeciej wartości wejściowej. Ponadto, sieć mostkowa Wiena będzie zbilansowana tylko przy tej określonej częstotliwości.
W przypadku oscylatora mostkowego Wiena, sieć mostkowa Wiena z Rysunku 1 będzie używana w ścieżce sprzężenia zwrotnego, jak pokazano na Rysunku 2. Schemat obwodu oscylatora mostkowego Wiena z użyciem BJT (tranzystora bipolarnego) przedstawiony jest poniżej:
W tych oscylatorach, sekcja wzmacniacza składa się z dwóch etapów wzmacniacza utworzonych przez tranzystory, Q1 i Q2, gdzie wyjście Q2 jest powrót do wejścia Q1 poprzez sieć mostkową Wiena (pokazana w niebieskim okręgu na rysunku).
Tutaj, hałas inherencie obwodu spowoduje zmianę prądu bazy Q1, który pojawi się w punkcie kolektora po wzmacnianiu z przesunięciem fazy 180°.
To jest podawane jako wejście do Q2 poprzez C4 i jest dalej wzmacniane, pojawiając się z dodatkowym przesunięciem fazy 180°.
To sprawia, że netto przesunięcie fazy sygnału podawanego do sieci mostkowej Wiena wynosi 360°, spełniając kryterium przesunięcia fazy, aby uzyskać zrównoważone drgania.
Jednakże, ten warunek będzie spełniony tylko w przypadku częstotliwości rezonansowej, co sprawia, że oscylatory mostkowe Wiena są bardzo selektywne pod względem częstotliwości, prowadząc do projektu stabilizacji częstotliwości.
Oscylatory mostkowe Wiena mogą być również zaprojektowane z użyciem Operacyjnych Wzmacniaczy jako części swojej sekcji wzmacniacza, jak pokazano na Rysunku 3.
Jednak należy pamiętać, że tutaj Operacyjny Wzmacniacz musi działać jako wzmacniacz nieinwertujący, ponieważ sieć mostkowa Wiena oferuje zerowe przesunięcie fazy.
Ponadto, z obwodu wynika, że napięcie wyjściowe jest podawane z powrotem do terminali wejściowych inwertujących i nieinwertujących.
Przy częstotliwości rezonansowej, napięcia zastosowane do terminali inwertujących i nieinwertujących będą równe i zgodne ze sobą.
Jednak, nawet tutaj, wzmocnienie napięciowe wzmacniacza musi być większe niż 3, aby rozpocząć drgania, i równe 3, aby je utrzymać. Ogólnie rzecz biorąc, tego typu oparte na operacyjnym wzmacniaczu oscylatory mostkowe Wiena nie mogą działać powyżej 1 MHz ze względu na ograniczenia narzucone przez ich wzmocnienie otwartego pętli.
Sieci mostkowe Wiena to niskoczęstotliwościowe oscylatory, które są używane do generowania częstotliwości audio i subaudio w zakresie od 20 Hz do 20 kHz.
Ponadto, zapewniają stabilizowany, niskodistorcyjny sygnał sinusoidalny w szerokim zakresie częstotliwości, który można wybrać za pomocą dekadowych skrzynek rezystancyjnych.
Dodatkowo, częstotliwość drgań w takim obwodzie może być łatwo zmieniana, ponieważ wymaga to tylko modyfikacji kondensatorów C
