วงจรออสซิลเลเตอร์แบบ Wien Bridge และการคำนวณความถี่
Wien Bridge Oscillator คืออะไร?
Wien-Bridge Oscillator เป็นชนิดหนึ่งของ วงจรฟีดแบ็คเฟส ที่อาศัยโครงสร้างของ Wien-Bridge (รูปที่ 1a) ซึ่งประกอบด้วยแขนสี่แขนเชื่อมต่อในลักษณะสะพาน โดยสองแขนเป็นแรงต้านทานบริสุทธิ์ ในขณะที่อีกสองแขนเป็นการผสมผสานระหว่าง ตัวต้านทาน และ ตัวเก็บประจุ.
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แขนหนึ่งมีตัวต้านทานและตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม (R1 และ C1) ในขณะที่แขนอื่นมีตัวต้านทานและตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกันแบบขนาน (R2 และ C2).
นี่แสดงให้เห็นว่าแขนสองแขนนี้ของวงจรจะทำงานเหมือนกับ วงจรผ่านสูง หรือ วงจรผ่านต่ำ คล้ายกับพฤติกรรมของวงจรที่แสดงในรูปที่ 1b.
ในวงจรนี้ ที่ความถี่สูง ความต้านทานของตัวเก็บประจุ C1 และ C2 จะน้อยลงมาก ทำให้ แรงดันไฟฟ้า V0 เท่ากับศูนย์เนื่องจาก R2 จะถูกขั้ว.
ต่อไป ที่ความถี่ต่ำ ความต้านทานของตัวเก็บประจุ C1 และ C2 จะเพิ่มขึ้นมาก.
อย่างไรก็ตาม แม้ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุต V0 ก็ยังคงเท่ากับศูนย์ เพราะตัวเก็บประจุ C1 จะทำงานเหมือนวงจรเปิด.
พฤติกรรมนี้ของวงจร Wien-Bridge ทำให้มันเป็นวงจรนำ-ตาม ในกรณีของความถี่ต่ำและสูงตามลำดับ.
การคำนวณความถี่ของ Wien Bridge Oscillator
อย่างไรก็ตาม ระหว่างความถี่สูงและต่ำ มีความถี่เฉพาะที่ค่าของ ตัวต้านทาน และความต้านทานของตัวเก็บประจุจะเท่ากัน ทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตสูงสุด.
ความถี่นี้เรียกว่าความถี่共振频率。温布里奇振荡器的谐振频率可以通过以下公式计算： \[ f_0 = \frac{1}{2\pi RC} \] 其中 \(R\) 和 \(C\) 分别是电阻和电容的值。 在这种频率下，输入和输出之间的相移变为零，输出电压的幅度将等于输入值的三分之一。此外，只有在这种特定频率下，温布里奇网络才会平衡。 在温布里奇振荡器的情况下，图1中的温布里奇网络将用作反馈路径，如图2所示。使用双极结型晶体管（BJT）的温振荡器电路如下所示： 在这些振荡器中，放大器部分由两个级联放大器组成，分别由晶体管Q1和Q2形成，其中Q2的输出通过温布里奇网络（图中蓝色框内所示）反馈到Q1。 在这里，电路中的固有噪声会导致Q1的基极电流发生变化，这会在其集电极点处被放大并产生180度的相移。 然后，这个信号通过C4馈送到Q2，并进一步放大并产生额外的180度相移。 这使得反馈到温布里奇网络的信号的总相移为360度，满足获得持续振荡的相移条件。 然而，这种条件仅在谐振频率下满足，因此温布里奇振荡器在频率选择上非常严格，导致频率稳定的设计。 温布里奇振荡器也可以使用运算放大器作为其放大器部分的一部分来设计，如图3所示。 需要注意的是，在这里，运算放大器需要作为非反相放大器工作，因为温布里奇网络提供的相移为零。 从电路中可以看出，输出电压被反馈到反相和非反相输入端。 在谐振频率下，施加到反相和非反相端子的电压将是相等且同相的。 然而，即使在这里，放大器的电压增益也需要大于3才能开始振荡，并且等于3才能维持振荡。一般来说，这种基于运算放大器的温布里奇振荡器由于其开环增益的限制，无法在1 MHz以上工作。 温布里奇网络是低频振荡器，用于生成20 Hz至20 KHz范围内的音频和亚音频频率。 此外，它们在广泛的频率范围内提供稳定的、低失真的正弦波输出，可以使用十进制电阻箱进行选择。 此外，这种电路中的振荡频率可以通过改变电容C1和C2轻松调整。 然而，这些振荡器需要大量的电路元件，并且只能在某个最大频率以下工作。 声明：尊重原创，好文章值得分享，如有侵权请联系删除。
