Oscillator Wien Bridge: Mạch và Tính toán Tần số

Electrical4u

Trường dữ liệu: Điện Cơ Bản

China

What Is A Wien Bridge Oscillator

Wien Bridge Oscillator là gì?

Oscillator cầu Wien (Wien Bridge Oscillator) là một loại oscillator dịch pha dựa trên mạng cầu Wien (Figure 1a) bao gồm bốn cánh được kết nối theo kiểu cầu. Trong đó, hai cánh hoàn toàn là điện trở trong khi hai cánh còn lại là sự kết hợp của điện trở và dung.

Cụ thể, một cánh có điện trở và tụ điện được kết nối串联错误，请允许我继续翻译剩余部分。

Cụ thể, một cánh có điện trở và tụ điện được kết nối theo chuỗi (R1 và C1) trong khi cánh khác có chúng kết nối song song (R2 và C2).

Điều này cho thấy hai cánh của mạng này hoạt động giống như bộ lọc thông cao hoặc bộ lọc thông thấp, mô phỏng hành vi của mạch được hiển thị trong Hình 1b.

what is a wien bridge oscillator
Trong mạch này, ở tần số cao, độ phản kháng của tụ điện C1 và C2 sẽ rất nhỏ, do đó điện áp V0 sẽ trở thành không vì R2 sẽ bị ngắn mạch.

Tiếp theo, ở tần số thấp, độ phản kháng của tụ điện C1 và C2 sẽ trở nên rất cao.

Tuy nhiên, ngay cả trong trường hợp này, điện áp đầu ra V0 vẫn sẽ duy trì ở mức không, vì tụ điện C1 sẽ hoạt động như mạch mở.

Hành vi này của mạng cầu Wien khiến nó trở thành mạch dẫn trước-lag sau ở tần số thấp và cao tương ứng.

Tính toán tần số của Oscillator cầu Wien

Tuy nhiên, giữa hai tần số cao và thấp, tồn tại một tần số cụ thể mà tại đó giá trị của điện trở và độ phản kháng dung sẽ bằng nhau, tạo ra điện áp đầu ra lớn nhất.

Tần số này được gọi là tần số cộng hưởng. Tần số cộng hưởng cho Oscillator cầu Wien được tính bằng công thức sau:

Ngoài ra, ở tần số này, chênh lệch pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra sẽ trở thành không và biên độ của điện áp đầu ra sẽ bằng một phần ba giá trị đầu vào. Ngoài ra, chỉ ở tần số cụ thể này, cầu Wien mới cân bằng.

Trong trường hợp Oscillator cầu Wien, mạng cầu Wien trong Hình 1 sẽ được sử dụng trong đường hồi tiếp như được hiển thị trong Hình 2. Sơ đồ mạch cho Oscillator Wein sử dụng BJT (Bipolar Junction Transistor) được hiển thị dưới đây:

wien bridge oscillator circuit
Trong các oscillators này, phần khuếch đại sẽ bao gồm khuếch đại hai giai đoạn được tạo bởi các transistors, Q1 và Q2, trong đó tín hiệu đầu ra của Q2 được đưa trở lại làm tín hiệu đầu vào cho Q1 qua mạng cầu Wien (được hiển thị trong khung màu xanh lam trong hình).

Ở đây, nhiễu nội tại trong mạch sẽ gây ra thay đổi dòng cơ bản của Q1 sẽ xuất hiện tại điểm thu thập sau khi được khuếch đại với chênh lệch pha 180o.

Điều này được đưa vào Q2 qua C4 và được khuếch đại thêm và xuất hiện với chênh lệch pha bổ sung 180o.

Điều này làm cho tổng chênh lệch pha của tín hiệu được đưa trở lại mạng cầu Wien là 360o, thoả mãn tiêu chí chênh lệch pha để đạt được dao động ổn định.

Tuy nhiên, điều kiện này chỉ được thoả mãn ở tần số cộng hưởng, do đó, oscillators cầu Wien sẽ rất chọn lọc về tần số, dẫn đến thiết kế ổn định tần số.

Oscillators cầu Wien cũng có thể được thiết kế sử dụng Op-Amps làm phần khuếch đại, như được hiển thị trong Hình 3.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, ở đây, Op-Amp cần phải hoạt động như một khuếch đại không đảo pha vì mạng cầu Wien cung cấp chênh lệch pha bằng không.

Ngoài ra, từ mạch, có thể thấy điện áp đầu ra được đưa trở lại cả hai đầu vào đảo pha và không đảo pha.

Ở tần số cộng hưởng, điện áp được áp dụng cho các đầu vào đảo pha và không đảo pha sẽ bằng nhau và đồng pha với nhau.

Tuy nhiên, ngay cả ở đây, hệ số khuếch đại điện áp của khuếch đại cần phải lớn hơn 3 để bắt đầu dao động và bằng 3 để duy trì chúng. Nói chung, các loại Oscillators cầu Wien dựa trên Op-Amp này không thể hoạt động trên 1 MHz do hạn chế về hệ số khuếch đại vòng hở.
wien bridge oscillator using op amp
Mạng cầu Wien là các oscillator tần số thấp được sử dụng để tạo ra tần số âm thanh và dưới âm thanh nằm trong khoảng từ 20 Hz đến 20 KHz.