Vienov most oscilator: Shema i izračunavanje frekvencije

Šta je Wien most oscilator?

Wien most oscilator je vrsta fazni šifter oscilator koji se temelji na mreži Wien mosta (Slika 1a) koja se sastoji od četiri grane povezane u obliku mosta. Dve grane su potpuno otpornike, dok su druge dvije grane kombinacija otpornika i kondenzatora.

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

Ovo ukazuje da se ove dvije grane mreže ponašaju isto kao visokopropusni filtar ili niskopropusni filtar, imitirajući ponašanje kruga prikazanog na Slici 1b.

U ovom krugu, na visokim frekvencijama, reaktivnost kondenzatora C1 i C2 će biti mnogo manja, zbog čega će napon V0 postati nula jer će R2 biti premosten.

Nakon toga, na niskim frekvencijama, reaktivnost kondenzatora C1 i C2 će postati vrlo visoka.

Međutim, čak i u ovom slučaju, izlazni napon V0 će ostati nula, jer bi kondenzator C1 delovao kao otvoreni krug.

Ovakav način ponašanja mreže Wien mosta čini je vodilnom-zapoznatom mrežom u slučaju niskih i visokih frekvencija, redom.

Izračunavanje frekvencije Wien most oscilatora

Ipak, između ove dve visoke i niske frekvencije, postoji određena frekvencija na kojoj će vrednosti otpornosti i kapacitivne reaktivnosti postati jednake, proizvodnju maksimalnog izlaznog napona.

Ova frekvencija se naziva rezonantna frekvencija. Rezonantna frekvencija za Wein most oscilator se izračunava koristeći sledeću formulu:

Dalje, na ovoj frekvenciji, fazni pomak između ulaza i izlaza postaje nula, a amplituda izlaznog napona postaje jednaka trećini ulazne vrednosti. Takođe, vidi se da će Wien most biti uravnotežen samo na ovoj posebnoj frekvenciji.

U slučaju Wien most oscilatora, mreža Wien mosta sa Slike 1 će se koristiti u povratnoj putanji, kako je prikazano na Slici 2. Shema kruga Wein oscilatora koristeći BJT (Bipolarni spojnica tranzistor) prikazana je ispod:

U ovim oscilatorima, sekcija pojačaće sastoji od dvo-etapnog pojačača formiranog tranzistorima Q1 i Q2, gde se izlaz Q2 vraća kao ulaz Q1 preko mreže Wien mosta (prikazano unutar plave okvire u slici).

Ovdje, buka ugrađena u krug uzroviće promenu baze struja Q1 koja će se pojaviti na njegovoj kolektornoj tački nakon pojačavanja sa faznim pomkom od 180o.

Ovo se prenosi kao ulaz Q2 preko C4 i dalje se pojačava i pojavljuje se sa dodatnim faznim pomkom od 180o.

Ovo dovodi do ukupnog faznog razlika signala povraćene u mrežu Wien mosta da bude 360o, zadovoljavajući kriterijum faznog pomaka za održavanje oscilacija.

Međutim, ovo stanje će biti zadovoljeno samo u slučaju rezonantne frekvencije, zbog čega će Wien most oscilatori biti visoko selektivni u pogledu frekvencije, vodeći do dizajna sa stabilizovanom frekvencijom.

Wien most oscilatori mogu se čak dizajnirati koristeći Op-Amp kao deo njihove sekcije pojačača, kako je prikazano na Slici 3.

Međutim, treba napomenuti da tada Op-Amp mora da radi kao neinvertujući pojačač, jer mreža Wien mosta nudi nula fazni pomak.

Dalje, iz kruga je očigledno da se izlazni napon povraća na obe inverzne i neinverzne ulazne terminala.

Na rezonantnoj frekvenciji, naponi primjenjeni na inverzne i neinverzne terminala bit će jednaki i fazi.

Međutim, čak i ovdje, poboljšanje napona pojačača mora biti veće od 3 da bi počele oscilacije i jednako 3 da bi se održavale. U opštem slučaju, ovi tipovi Op-Amp baziranih Wien most oscilatora ne mogu raditi iznad 1 MHz zbog ograničenja koje im stavlja njihovo otvoreno poboljšanje.

Mreže Wien mosta su niskofrekventni oscilatori koji se koriste za generisanje audio i subaudio frekvencija u rasponu od 20 Hz do 20 KHz.

Dalje, pružaju stabilizovani, malo distorzionirani sinusni izlaz u širokom spektru frekvencija, koji se može odabrati koristeći desetinske otporne kutije.

Takođe, frekvencija oscilacija u ovom tipu kruga može se lako varirati, jer je potrebno samo varirati kondenzatore C