Oscilador Ponte de Wien: Circuito e Cálculo de Frequência
O que é um Oscilador de Ponte de Wien?
Um Oscilador de Ponte de Wien é um tipo de oscilador de deslocamento de fase baseado em uma rede de Ponte de Wien (Figura 1a) composta por quatro braços conectados em forma de ponte. Aqui, dois braços são puramente resistentes, enquanto os outros dois braços são uma combinação de resistores e capacitores.
Em particular, um braço tem resistor e capacitor conectados em série (R1 e C1) enquanto o outro tem eles em paralelo (R2 e C2).
Isso indica que esses dois braços da rede se comportam de maneira idêntica à de um filtro passa-alta ou filtro passa-baixa, imitando o comportamento do circuito mostrado na Figura 1b.
Neste circuito, em frequências altas, a reatância dos capacitores C1 e C2 será muito menor, devido ao qual a tensão V0 se tornará zero, pois R2 será encurtado.
Em seguida, em frequências baixas, a reatância dos capacitores C1 e C2 se tornará muito alta.
No entanto, mesmo neste caso, a tensão de saída V0 permanecerá em zero, pois o capacitor C1 estaria atuando como um circuito aberto.
Esse tipo de comportamento exibido pela rede de Ponte de Wien a torna um circuito de avanço-retardo no caso de frequências baixas e altas, respectivamente.
Cálculo da Frequência do Oscilador de Ponte de Wien
No entanto, entre essas duas frequências altas e baixas, existe uma frequência específica na qual os valores da resistência e da reatância capacitiva se tornarão iguais, produzindo a tensão de saída máxima.
Esta frequência é referida como frequência de ressonância. A frequência de ressonância para um Oscilador de Ponte de Wien é calculada usando a seguinte fórmula:
Além disso, nesta frequência, o deslocamento de fase entre a entrada e a saída se tornará zero e a magnitude da tensão de saída se tornará igual a um terço do valor de entrada. Além disso, observa-se que a Ponte de Wien estará equilibrada apenas nesta frequência específica.
No caso do oscilador de Ponte de Wien, a rede de Ponte de Wien da Figura 1 será usada no caminho de realimentação, conforme mostrado na Figura 2. O diagrama do circuito para um Oscilador de Wein usando um BJT (Transistor Bipolar de Junção) é mostrado abaixo:
Nesses osciladores, a seção do amplificador consistirá em um amplificador de dois estágios formado pelos transistores, Q1 e Q2, onde a saída de Q2 é retroalimentada como entrada para Q1 via rede de Ponte de Wien (mostrada dentro do retângulo azul na figura).
Aqui, o ruído inerente no circuito causará uma mudança na corrente de base de Q1 que aparecerá em seu ponto coletor após ser amplificado com um deslocamento de fase de 180°.
Isso é alimentado como entrada para Q2 via C4 e é ainda mais amplificado, aparecendo com um deslocamento de fase adicional de 180°.
Isso faz com que a diferença de fase líquida do sinal retroalimentado para a rede de Ponte de Wien seja 360°, satisfazendo o critério de deslocamento de fase para obter oscilações sustentadas.
No entanto, essa condição será satisfeita apenas no caso da frequência de ressonância, devido ao qual os osciladores de Ponte de Wien serão altamente seletivos em termos de frequência, levando a um design com frequência estabilizada.
Os osciladores de Ponte de Wien também podem ser projetados usando Op-Amps como parte de sua seção de amplificação, conforme mostrado na Figura 3.
No entanto, deve-se notar que, aqui, o Op-Amp é necessário para atuar como um amplificador não inversor, pois a rede de Ponte de Wien oferece deslocamento de fase zero.
Além disso, a partir do circuito, é evidente que a tensão de saída é retroalimentada tanto para os terminais de entrada invertendo quanto não invertendo.
Na frequência de ressonância, as tensões aplicadas aos terminais de entrada invertendo e não invertendo serão iguais e em fase umas com as outras.
No entanto, mesmo aqui, o ganho de tensão do amplificador precisa ser maior que 3 para iniciar as oscilações e igual a 3 para mantê-las. Em geral, esses tipos de osciladores de Ponte de Wien baseados em Op-Amps não podem operar acima de 1 MHz devido às limitações impostas por seu ganho em loop aberto.
As redes de Ponte de Wien são osciladores de baixa frequência usadas para gerar frequências de áudio e sub-áudio variando entre 20 Hz a 20 KHz.
Além disso, fornecem saída sinusoidal estabilizada e com baixa distorção em uma ampla faixa de frequência, que pode ser selecionada usando caixas de resistência por década.
Além disso, a frequência de oscilação nesse tipo de circuito pode ser variada com bastante facilidade, pois basta variar os capacitores C1 e C2.
No entanto, esses osciladores
