Tutorial e teoria sull'oscillatore del ponte di Vienna

Tutorial E Teoria Sull Oscillatore Del Ponte Di Vienna



I circuiti oscillatori producono segnali periodici in uscita. Possono convertire qualsiasi segnale CC in segnale CA con frequenze diverse a seconda della sua composizione. Discuteremo dell'oscillatore del ponte di Vienna, del suo principio di funzionamento insieme a versioni modificate ed esempi in questo articolo.

L'oscillatore del ponte di Vienna

L'oscillatore a ponte Wein è la forma orientata alla frequenza del ponte di Wheatstone. Nella sua formazione a ponte, due bracci contengono solo resistenze, mentre gli altri due contengono combinazioni di resistenza e condensatore. Uno dei bracci dell'oscillatore a ponte è costituito da un circuito RC in serie con un altro circuito RC parallelo come mostrato di seguito:









Le combinazioni condensatore-resistore di due bracci assomigliano a filtri passa alto e passa basso come identificato nella figura seguente:







Principio di funzionamento

Quando vengono applicate frequenze più basse, i condensatori in serie offrono una reattanza molto elevata poiché la reattanza di un condensatore è inversamente proporzionale alla frequenza come data da:



A causa della reattanza molto elevata, il condensatore si comporta come un circuito aperto e quindi l'uscita rimane zero.

Quando vengono applicate frequenze più elevate, entrambi i condensatori C1 e C2 offrono una bassa reattanza e si comportano come un cortocircuito. In questa situazione, il segnale di ingresso segue il percorso in cortocircuito da C1 e C2 per ritornare all'alimentazione. Anche in questo caso la tensione di uscita rimane zero.

Tuttavia, possiamo selezionare una gamma di frequenze medie compresa tra la frequenza molto alta e la frequenza molto bassa, in modo da evitare sia condizioni di circuito aperto che di cortocircuito. La frequenza di livello medio alla quale la tensione di uscita sembra essere massima è nota come frequenza di risonanza.

Rappresentazione grafica

Alla frequenza di risonanza, l'entità dell'uscita è pari a quasi un terzo della tensione di ingresso. Il grafico, quando tracciato tra guadagno di uscita e sfasamento, fornisce un'illustrazione dell'anticipo di fase, del ritardo di fase e del punto di risonanza come mostrato di seguito:

Alle basse frequenze, l'angolo di fase mostra +90 gradi, indicando un anticipo di fase tra i segnali di ingresso e di uscita, mentre alle alte frequenze, l'angolo di fase diventa -90 gradi, indicando che ci sarà un ritardo di fase tra i segnali di ingresso e di uscita. Il punto di media frequenza, fr, indica le frequenze di risonanza in cui due segnali sono in fase tra loro.

Alle basse frequenze, l'angolo di fase mostra +90 gradi, indicando un anticipo di fase tra i segnali di ingresso e di uscita, mentre alle alte frequenze, l'angolo di fase diventa -90 gradi, indicando che ci sarà un ritardo di fase tra i segnali di ingresso e di uscita. Il punto di media frequenza, fr, indica le frequenze di risonanza in cui due segnali sono in fase tra loro.

Espressione della frequenza dell'oscillatore

La frequenza di risonanza è calcolata di seguito:

Per frequenza di risonanza; R1=R2=R & C1=C2=C:

Oscillatore a ponte Wein con amplificatore operazionale

Gli oscillatori a ponte Wein possono anche integrare amplificatori operazionali nel loro circuito. I terminali degli amplificatori operazionali sono collegati ai due punti dell'oscillatore del ponte Wein come mostrato di seguito:

L'unica limitazione di questa configurazione è la limitazione delle frequenze più alte. Gli oscillatori a ponte Wein basati su amplificatori operazionali dovrebbero essere utilizzati al di sotto di 1 MHz. Ciò è dovuto al fatto che i ponti Wein sono oscillatori a bassa frequenza tra 20Hz e 20kHz.

Esempio

Considera un resistore da 20 kΩ e un condensatore variabile da 10 nf a 2000 nf nel circuito dell'oscillatore a ponte Wein. Valutare i valori massimi e minimi delle frequenze di oscillazione.

La frequenza delle oscillazioni è data da:

Per la frequenza più bassa, fmin;

Per la frequenza più alta, fmax:

Conclusione

L'oscillatore a ponte Wein è una combinazione di reti di filtri passa alto e passa basso. Funziona alla frequenza di risonanza dove la tensione di uscita sembra essere massima. Al di sopra e al di sotto di questa frequenza, viene mantenuta l'uscita zero.