Wien Bridge Oscillator: Sirkwito at Pagsusuri ng Frekwensiya

Ano ang Wien Bridge Oscillator?

Ang Wien-Bridge Oscillator ay isang uri ng phase-shift oscillator na batay sa Wien-Bridge network (Figure 1a) na binubuo ng apat na braso na konektado sa paraan ng tulay. Dito, ang dalawang braso ay ganap na resistive habang ang iba pang dalawang braso ay kombinasyon ng resistors at capacitors.

Partikular, ang isang braso ay may resistor at capacitor na konektado sa serye (R1 at C1) samantalang ang isa pa ay may silbi naman bilang parallel (R2 at C2).

Ito ay nagpapahiwatig na ang dalawang braso ng network ay gumagana nang pareho sa katulad ng high pass filter o low pass filter, na nagpapakita ng pag-uugali ng circuit na ipinakita sa Figure 1b.

Sa circuit na ito, sa mataas na frequency, ang reactance ng capacitors C1 at C2 ay maaaring maging mababa dahil dito ang voltage V0 ay magiging zero sapagkat ang R2 ay maikli.

Sa susunod, sa mababang frequencies, ang reactance ng capacitors C1 at C2 ay maaaring maging napakataas.

Gayunpaman kahit sa kasong ito, ang output voltage V0 ay mananatiling zero lamang, sapagkat ang capacitor C1 ay gagamit bilang open circuit.

Ang uri ng pag-uugali na ipinakita ng Wien-Bridge network ay ginagawa itong lead-lag circuit sa kasong mababang at mataas na frequencies, ayon sa pagkakabanggit.

Pagkalkula ng Frequency ng Wien Bridge Oscillator

Gayunpaman, sa gitna ng dalawang mataas at mababang frequencies, mayroong partikular na frequency kung saan ang mga halaga ng resistance at kapasitibong reactance ay magiging pantay sa bawat isa, na nagpapalabas ng pinakamataas na output voltage.

Tinatawag itong resonant frequency. Ang resonant frequency para sa Wein Bridge Oscillator ay inaasahan gamit ang sumusunod na formula:

Sa karagdagan, sa frequency na ito, ang phase-shift sa pagitan ng input at output ay magiging zero at ang magnitude ng output voltage ay magiging pantay sa one-third ng halaga ng input. Sa kabila nito, nakikita na ang Wien-Bridge ay matutuloy lamang sa frequency na ito.

Sa kasong Wien-Bridge oscillator, ang Wien-Bridge network ng Figure 1 ay gagamit sa feedback path tulad ng ipinakita sa Figure 2. Ang circuit diagram para sa Wein Oscillator gamit ang BJT (Bipolar Junction Transistor) ay ipinapakita sa ibaba:

Sa mga oscillators na ito, ang amplifier section ay binubuo ng two-stage amplifier na nabuo ng transistors, Q1 at Q2, kung saan ang output ng Q2 ay ibabalik bilang input sa Q1 via Wien-Bridge network (ipinapakita sa loob ng blue enclosure sa figure).

Dito, ang noise na inherent sa circuit ay magdudulot ng pagbabago sa base current ng Q1 na lalabas sa collector point nito pagkatapos maging amplified na may phase-shift ng 180o.

Ito ay ibibigay bilang input sa Q2 via C4 at muling maaaring maging amplified at lalabas na may additional phase-shift ng 180o.

Ito ay nagbibigay ng net phase-difference ng signal na ibinalik sa Wien-Bridge network na 360o, na natutugunan ang phase-shift criterion upang makakuha ng sustained oscillations.

Ngunit, ang kondisyon na ito ay matutugunan lamang sa kasong resonant frequency, kaya ang Wien-Bridge oscillators ay maaaring maging highly selective sa aspeto ng frequency, na nagpapahiwatig ng frequency-stabilized design.

Maaari rin ang Wien-bridge oscillators na maging disenyo gamit ang Op-Amps bilang bahagi ng kanilang amplifier section, tulad ng ipinakita sa Figure 3.

Ngunit dapat tandaan na, dito, ang Op-Amp ay kailangan na gumanap bilang non-inverting amplifier dahil ang Wien-Bridge network ay nagbibigay ng zero phase-shift.

Sa karagdagan, mula sa circuit, malinaw na ang output voltage ay ibinabalik sa parehong inverting at non-inverting input terminals.

Sa resonant frequency, ang voltages na ipinapatungan sa inverting at non-inverting terminals ay magiging pantay at in-phase sa bawat isa.

Ngunit, kahit sa kasong ito, ang voltage gain ng amplifier ay kailangan na mas mataas kaysa 3 upang simulan ang oscillations at pantay sa 3 upang sustenyan. Sa pangkalahatan, ang mga ganitong uri ng Op-Amp-based Wien Bridge Oscillators ay hindi maaaring mag-operate sa itaas ng 1 MHz dahil sa mga limitasyon na inilapat sa kanila ng kanilang open-loop gain.

Ang mga Wien-Bridge networks ay low frequency oscillators na ginagamit upang lumikha ng audio at sub-audio frequencies na nasa pagitan ng 20 Hz hanggang 20 KHz.

Sa karagdagan, nagbibigay sila ng stabilized, low distorted sinusoidal output sa malawak na saklaw ng frequency na maaaring pumili gamit ang decade resistance boxes.

Sa kasamaan, ang oscillation frequency sa ganitong uri ng circuit ay maaaring mabago nang madali dahil kailangan lang ng variation ng capacitors C1 at C