Oscillatorkredsløb producerer periodiske signaler ved udgangen. De kan konvertere ethvert DC-signal til AC-signal med forskellige frekvenser afhængigt af dets sammensætning. Vi vil diskutere Wien-brooscillatoren, dens arbejdsprincip sammen med modificerede versioner og eksempler i denne artikel.
Wien Bridge Oscillator
Wein-brooscillatoren er den frekvensorienterede form for Wheatstone-broen. I sin brodannelse indeholder to arme kun modstande, mens de to andre indeholder modstands- og kondensatorkombinationer. En af armene på brooscillatoren består af et serie RC-kredsløb med et andet parallelt RC-kredsløb som vist nedenfor:
Kondensator-modstandskombinationerne af to arme ligner højpas- og lavpasfiltre som identificeret i nedenstående figur:
Arbejdsprincip
Når lavere frekvenser anvendes, tilbyder seriekondensatorerne meget høj reaktans, da reaktansen af en kondensator er omvendt proportional med frekvensen som givet af:
På grund af meget høj reaktans opfører kondensatoren sig som et åbent kredsløb, og udgangen forbliver derfor nul.
Når der anvendes højere frekvenser, tilbyder begge kondensatorerne C1 og C2 lav reaktans og fungerer som en kortslutning. I denne situation følger indgangssignalet den kortsluttede vej fra C1 & C2 for at vende tilbage til forsyningen. Udgangsspændingen forbliver også i dette tilfælde nul.
Vi kan dog vælge et mellemfrekvensområde mellem meget høj frekvens og meget lav frekvens, så både åben- og kortslutningsforhold kan undgås. Den midterste frekvens, hvor udgangsspændingen ser ud til at være maksimal, er kendt som resonansfrekvensen.
Grafisk fremstilling
Ved resonansfrekvensen svarer størrelsen af output næsten en tredjedel af indgangsspændingen. Grafen, når den er plottet mellem outputforstærkning og faseforskydning, giver en illustration af fasefremrykning, faseforsinkelse og resonanspunkt som vist nedenfor:
Ved lave frekvenser viser fasevinklen +90 grader, hvilket indikerer fasefremgang mellem input- og outputsignaler, mens fasevinklen ved høje frekvenser bliver -90 grader, hvilket indikerer, at der vil være en faseforsinkelse mellem input- og outputsignaler. Midtfrekvenspunktet, fr angiver resonansfrekvenser, hvor to signaler er i fase med hinanden.
Ved lave frekvenser viser fasevinklen +90 grader, hvilket indikerer fasefremgang mellem input- og outputsignaler, mens fasevinklen ved høje frekvenser bliver -90 grader, hvilket indikerer, at der vil være en faseforsinkelse mellem input- og outputsignaler. Midtfrekvenspunktet, fr angiver resonansfrekvenser, hvor to signaler er i fase med hinanden.
Oscillator frekvens udtryk
Resonansfrekvensen beregnes nedenfor:
For resonansfrekvens; R1=R2=R & C1=C2=C:
Wein Bridge Oscillator med Op-Amp
Wein bridge oscillatorer kan også integrere op-amps i deres kredsløb. Op-amp-terminalerne er forbundet til de to punkter på Wein-brooscillatoren som vist nedenfor:
Den eneste begrænsning ved denne konfiguration er begrænsningen af højere frekvenser. De op-amps-baserede Wein-brooscillatorer bør betjenes under 1 MHz. Dette skyldes, at Wein-broer er lavfrekvente oscillatorer mellem 20Hz til 20kHz.
Eksempel
Overvej en modstand på 20kΩ og en variabel kondensator på 10nf til 2000nf i Wein-brooscillatorkredsløbet. Evaluer maksimale og minimale værdier af svingningsfrekvenser.
Hyppigheden af oscillationer er givet ved:
For den laveste frekvens, fmin;
For den højeste frekvens, fmax:
Konklusion
Wein-brooscillatoren er en kombination af højpas- og lavpasfilternetværk. Den fungerer ved resonansfrekvensen, hvor udgangsspændingen ser ud til at være maksimal. Over og under denne frekvens opretholdes nul output.