Obvody oscilátoru produkují na výstupu periodické signály. Mohou převést jakýkoli stejnosměrný signál na střídavý signál s různými frekvencemi v závislosti na jeho složení. Oscilátor Wien bridge, jeho pracovní princip spolu s upravenými verzemi a příklady probereme v tomto článku.
Oscilátor Wien Bridge
Oscilátor Weinova můstku je frekvenčně orientovaná forma Wheatstoneova můstku. Ve své můstkové formaci obsahují dvě ramena pouze odpory, zatímco další dvě obsahují kombinace odporů a kondenzátorů. Jedno z ramen můstkového oscilátoru se skládá ze sériového RC obvodu s dalším paralelním RC obvodem, jak je znázorněno níže:
Kombinace kondenzátor-rezistor dvou ramen vypadají jako horní a dolní propusti, jak je znázorněno na obrázku níže:
Pracovní princip
Když jsou použity nižší frekvence, sériové kondenzátory nabízejí velmi vysokou reaktanci, protože reaktance kondenzátoru je nepřímo úměrná frekvenci, jak je dáno:
Díky velmi vysoké reaktanci se kondenzátor chová jako otevřený obvod a proto výstup zůstává nulový.
Při použití vyšších frekvencí nabízejí oba kondenzátory C1 a C2 nízkou reaktanci a působí jako zkrat. V této situaci vstupní signál sleduje zkratovanou cestu z C1 a C2, aby se vrátil do napájení. Výstupní napětí zůstává i v tomto případě nulové.
Můžeme však zvolit střední frekvenční rozsah mezi velmi vysokou frekvencí a velmi nízkou frekvencí, takže se lze vyhnout jak stavu otevřeného obvodu, tak zkratu. Střední frekvence, při které se výstupní napětí jeví jako maximální, je známá jako rezonanční frekvence.
Grafické znázornění
Při rezonanční frekvenci se velikost výstupu rovná téměř jedné třetině vstupního napětí. Graf, když je vykreslen mezi výstupním ziskem a fázovým posunem, poskytuje ilustraci fázového předstihu, fázového zpoždění a rezonančního bodu, jak je uvedeno níže:
Při nízkých frekvencích ukazuje fázový úhel +90 stupňů, což indikuje fázový posun mezi vstupními a výstupními signály, zatímco při vysokých frekvencích se fázový úhel stane -90 stupňů, což znamená, že mezi vstupními a výstupními signály bude fázové zpoždění. Středofrekvenční bod fr označuje rezonanční frekvence, kde jsou dva signály ve fázi.
Při nízkých frekvencích ukazuje fázový úhel +90 stupňů, což indikuje fázový posun mezi vstupními a výstupními signály, zatímco při vysokých frekvencích se fázový úhel stane -90 stupňů, což znamená, že mezi vstupními a výstupními signály bude fázové zpoždění. Středofrekvenční bod fr označuje rezonanční frekvence, kde jsou dva signály ve fázi.
Frekvenční vyjádření oscilátoru
Rezonanční frekvence se vypočítá níže:
Pro rezonanční frekvenci; R1=R2=R & C1=C2=C:
Oscilátor Wein Bridge s operačním zesilovačem
Oscilátory Weinova můstku mohou do svého obvodu také integrovat operační zesilovače. Terminály operačních zesilovačů jsou připojeny ke dvěma bodům oscilátoru Weinova můstku, jak je znázorněno níže:
Jediným omezením této konfigurace je omezení vyšších frekvencí. Oscilátory Weinova můstku založené na operačních zesilovačích by měly být provozovány pod 1 MHz. To je způsobeno tím, že Weinovy můstky jsou nízkofrekvenční oscilátory mezi 20Hz až 20kHz.
Příklad
Uvažujme rezistor 20kΩ a proměnný kondenzátor 10nf až 2000nf v obvodu oscilátoru Weinova můstku. Vyhodnoťte maximální a minimální hodnoty frekvencí kmitání.
Frekvence kmitů je dána:
Pro nejnižší frekvenci fmin;
Pro nejvyšší frekvenci, fmax:
Závěr
Oscilátor Weinova můstku je kombinací sítí horní a dolní propusti. Pracuje na rezonanční frekvenci, kde se výstupní napětí jeví jako maximální. Nad a pod touto frekvencí je udržován nulový výkon.