Projetar osciladores sinusoidais forex

Osciladores de Onda do Seno O oscilador da ponte de Wien, oscilador de cristal Pierce, Hartley, Colpitts e osciladores de portão sintonizado Nós já tratamos vários tipos de osciladores de relaxamento nessas unidades. As ondas seno que o gerador da sua função criam são feitas de ondas quadradas, por circuitos e filtros de moldagem de onda, e realmente não são muito boas ondas de seno, embora tenham a maior parte de sua energia perto de uma freqüência. Se você precisar de melhores ondas de seno, um oscilador linear irá fazê-los. Um oscilador linear é muito diferente de um oscilador de relaxamento. O nome linear realmente não cabe, uma vez que todos os osciladores são não-lineares, mas um oscilador linear, pelo menos, não produz cantos e saltos, mas uma onda suave. Existem muitos aspectos interessantes para esses osciladores. O mais importante é provavelmente o que determina a amplitude da oscilação e mantém o feedback com precisão em -1, então a saída tem uma amplitude constante. Um oscilador também deve começar, e isso pode ser interessante, especialmente quando o oscilador é capaz de oscilar, ou no limite. Não vamos fazer a teoria aqui, mas vamos olhar alguns osciladores práticos e ver como eles funcionam. O Oscilador da Ponte de Wien O primeiro é o notável oscilador da Ponte de Wien (chamado de Professor Wien, e não escrito por Wein). Este oscilador dá uma onda senoidal muito bonita, e é uma excelente escolha para um oscilador de áudio de precisão. Sua característica é a rede RC consistindo de R e C em série com uma combinação paralela de R e C, conforme mostrado no diagrama de circuito abaixo. Os resistores e capacitores podem ser de valor diferente, mas é muito mais simples levá-los a igualar, e nada de valor é perdido. Esta rede, considerada como um filtro passivo, dá zero deslocamento de fase para alguma freqüência intermediária, dada por f 12piRC. É um filtro de segunda ordem (dois capacitores), e isso é uma ocorrência notável. Elabore a função de transferência da rede, que é V o V i jomegaCR 1 - (omegaCR) 2 3jomegaCR. Na freqüência de fase zero, o ganho é exatamente 13. Use um gerador de função para fornecer à rede uma onda senoidal e use o escopo para ver V e V. É instrutivo usar o gráfico XY e observar a figura de Lissajous. Na freqüência de zero fase, a figura reduzirá em linha reta, mostrando esse fato. Em baixa freqüência, a saída leva, enquanto em alta freqüência a saída desacelera. Esse tipo de filtro de segunda ordem é chamado de filtro allpass, usado para suas propriedades de fase em vez de suas propriedades de amplitude. O circuito para o oscilador é dado à direita. A rede de Wien é vista à direita, organizada para dar feedback positivo, que um oscilador deve ter. O op-amp funciona com um fornecimento bipolar, de modo que a saída pode balançar acima e abaixo do solo. Observe que a rede de Wien é retornada ao GND, e não ao fornecimento negativo. À esquerda é a rede de feedback negativo. Quando o oscilador está funcionando de forma estável, isso deve compensar exatamente o feedback positivo. É impossível fazer isso com resistores fixos. Se o feedback postivo dominar, o op-amp satura e nós temos um oscilador de relaxamento. Se o feedback negativo dominar, o oscilador nunca começa. Devemos começar com feedback positivo e, em seguida, reduzi-lo à medida que aumenta a amplitude e, finalmente, manter uma amplitude constante por minuto de ajuste. Isso geralmente é feito com lâmpadas de incandescência de tungstênio, como aqui. Se você deseja construir o oscilador, você terá que procurar por lâmpadas adequadas. Acabei de ter as lâmpadas JKL7876 ao redor, e eles foram pressionados no serviço. Na verdade, levou dois em série, mas o trabalho pode ser feito com uma lâmpada, se for apropriado. A característica de resistência versus corrente para estas lâmpadas é mostrada à esquerda. Observe com que rapidez a resistência aumenta com a corrente. Isso é exatamente o que precisamos, uma vez que uma amplitude maior da saída irá aquecer a lâmpada mais, aumentar a resistência e diminuir o feedback positivo. A lâmpada é aquecida pelo valor rms da corrente alternada através dela, e sua inércia térmica significa que não pode acompanhar as variações instantâneas. É afetado apenas pelo valor rms da saída. Tente encontrar uma lâmpada com resistência a cerca de 100 μm quando frio (como os dois 7876 em série). Quando o oscilador estiver funcionando, você não deve ver a lâmpada mesmo que brilha (embora alguns possam). A lâmpada vai durar para sempre neste circuito. Depois de ter uma lâmpada adequada, você pode fazer o oscilador e observar a saída. Quando ativado pela primeira vez, o amplificador operacional pode saturar, mas quando a lâmpada se aquecer, a forma de onda vai se afastar e assumir uma forma bonita. A amplitude é determinada pela interação da lâmpada e R 1. Para obter um oscilador de cerca de 1 kHz, usei R 15k, C 0.01. A corrente rms, determinada a partir da amplitude de saída de 13,4 V pico a pico, foi de 9,6 mA, dentro das capacidades da saída de amperios op. Como você mudaria R 1 para obter uma amplitude menor. Neste caso, a resistência das duas lâmpadas em série era 165Omega quando o oscilador estava funcionando. Osciladores de cristais Alguns cristais desenvolvem cargas de superfície quando são espremidos, dobrados ou torcidos e são chamados piezoelétricos. Por outro lado, quando um campo elétrico é aplicado a eles, eles se expandem, contratam, dobram ou torcem. As vibrações mecânicas do cristal estão diretamente associadas a mudanças elétricas na mesma freqüência. Como todos os sistemas mecânicos, os cristais podem vibrar em freqüências ressonantes, onde pequenos impulsos criam uma grande amplitude, assim como nos circuitos elétricos ressonantes. A vibração mecânica dos cristais dá um padrão de tempo, melhor que o dos relógios mecânicos, mas inferior ao das vibrações atômicas. O quartzo é um material piezoelétrico, não o mais sensível, mas tão estável mecanicamente e eletricamente que é quase o único cristal ressonante usado. Uma placa fina vibrará a frequências de megahertz, então os cristais são usados ​​em circuitos de radiofrequência. As vibrações mais utilizadas não são as vibrações de espessura simples de uma placa elástica, mas são modos de cisalhamento mais complicados que proporcionam as freqüências desejadas e a melhor independência de temperatura. O circuito equivalente de um cristal, mostrado na figura a esquerda, consiste em uma capacitância C 1 (dos eletrodos metálicos em duas superfícies opostas) em paralelo com um circuito RLC de série representando o próprio cristal, chamado braço de movimento. Em que o valor equivalente de L é surpreendentemente grande. É isso que torna o cristal tão bom padrão de freqüência. A reatância de um cristal varia com a freqüência, como mostrado à direita. Nas frequências baixa e alta, parece capacitivo, com um curto intervalo entre as séries e frequências de ressonância, onde parece uma indutância. Um cristal típico pode ter C 10 fF (0,010 pF), L 2 H e R 50Omega, o que fornece uma freqüência de ressonância em série de f s 12piradic (LC) 1,125 MHz. O Q da ressonância é Q omegaLR 141,400, então a largura da ressonância é de apenas 8 Hz. A freqüência de ressonância paralela f p é um pouco maior, a quantidade exata dependendo de C 1 e da capacitância de carga externa. Ao variar a capacitância de carga, a freqüência de ressonância pode ser ajustada ligeiramente, o que é chamado de puxar o cristal. Dependendo do circuito, o cristal pode ressoar na série ou no modo paralelo e, em ambos os casos, controlará a freqüência. O oscilador de cristal mais simples é o oscilador Pierce, mostrado na figura à esquerda. Um FET é usado como o dispositivo de amplificação, uma vez que proporciona uma alta resistência de entrada que permite o uso de um resistor de porta de 10M. O cristal tinha uma freqüência de 2.000 MHz, mas qualquer cristal razoável pode ser usado. O bloqueador de RF de 3,3 mH dá uma alta impedância de carga à corrente alternada, enquanto passa a corrente de drenagem DC sem queda de tensão (o bloqueador teve uma resistência de 41Omega). O estrangulador deve ser especialmente projetado para reter a indutância desejada enquanto ele carrega DC, então certifique-se de que o engodo que você usa é projetado para o propósito. A impedância do estrangulamento é superior a 41k a 2 MHz, o que proporciona um ganho suficiente. O cristal é o único elemento ressonante no circuito e, portanto, deve determinar a freqüência de oscilação. Ele está conectado quanto ao feedback shunt-shunt. Aqui é um caso em que a instabilidade é desejada, e há uma mudança de fase de 180deg na ressonância, tornando o feedback positivo. A amplitude é limitada pelo alcance máximo das excursões de tensão no dreno. O resistor R pode ser usado para reduzir o feedback e a unidade de cristal. Não é necessário para oscilação, e se você olhar para o wavform da saída quando é zero, você verá uma forma de onda achatada acima e abaixo. Com R 10k, a forma de onda é muito mais sinusoidal, especialmente as partes superiores, mas a parte inferior ainda está visivelmente achatada. Com R 15k, o oscilador não oscilará (não inicia). Os cristais, aliás, não devem ser conduzidos com uma tensão muito alta, ou o estresse mecânico irá quebrá-los. A amplitude de oscilação no dreno foi de 24 V com R 1k, a tensão de RF em toda a inversão em direção durante o ciclo. Osciladores de portas ajustadas Os osciladores estudados aqui são baseados no circuito à esquerda, que mostra os princípios. Os valores dos componentes não são mostrados, porque este circuito ainda não foi construído e testado, e é aqui apenas para ilustração. Q é um FET, com alta resistência de entrada e corrente de drenagem autolimitada, ambos os quais são importantes aqui. Um tubo de vácuo triodo também pode ser usado, que possui as mesmas características. Quando o circuito é quiescente, o resistor R g. Chamado de vazamento de grade (a partir de dias de tubo de vácuo) fornece V GS 0 e, portanto, a corrente de dreno é I DSS. E o FET está preparado para amplificar. O circuito sintonizado L 1 C fornece uma tensão oscilante para o portão através do capacitor de bloqueio C g quando excitado. A corrente de drenagem então varia de forma simpatica e é acoplada através da indutância mútua M 12 ao circuito sintonizado. Se as polaridades estiverem devidamente dispostas, as oscilações no circuito sintonizado são encorajadas, e se as perdas são contrabalançadas, as oscilações continuam e aumentam mesmo. Quando o portão se torna positivo por cerca de 0,7 V, a corrente através de R g puxa o negativo do portão, diminuindo o ganho até que as perdas sejam compensadas e a amplitude da oscilação seja estável. Quando isso ocorre, o portão torna-se bastante negativo, mesmo além do corte, e a corrente de drenagem diminui. Todos os osciladores estudados abaixo operam desta maneira. O vazamento de grade resolve os problemas básicos de cada oscilador: inicial e limitação de amplitude. O diodo D está disponível apenas para facilitar a carga no portão ao iniciar, não tem efeito quando o oscilador está em operação. Este circuito é chamado de um oscilador Armstrong para homenagear o major Armstrong, que inventou o receptor regenerativo e muito mais além no rádio. Ele adicionou a bobina tickler L 2 que fornece feedback positivo. Se L ou C é variado, a freqüência de oscilação muda, e temos um oscilador de freqüência variável. Ou VFO. Os circuitos sintonizados LC não fornecem um bom controle de freqüência, mas com o esforço podem ser construídos VFOs relativamente estáveis. Os osciladores com indutâncias de ar-núcleo são bastante práticos nas freqüências de rádio (acima, digamos, 250 kHz). Observe que a indutância de uma bobina de ar-núcleo não é afetada por DC na bobina. O circuito mostrado é chamado de alimentado em série porque a polarização eo sinal circulam no mesmo circuito de drenagem (a fonte de alimentação deve ser ignorada com um capacitor por isso é um bom sinal de solo). O dreno também pode ser alimentado por derivação. Como no oscilador Pierce acima, usando um RFC e um capacitor para separar a polarização e o sinal. Dois modos de feedback são mostrados à direita. No circuito de Hartley, o indutor é pressionado para igualar a baixa impedância do circuito coletor (ou placa, para um tubo), enquanto a outra extremidade fornece a base (ou grade). Apenas um capacitor é usado, o que facilita a sintonização. O circuito Colpitts não requer um indutor tapped, mas usa dois capacitores como um divisor de tensão capacitivo. A fase é oposta nas duas extremidades do circuito sintonizado, fornecendo o feedback positivo necessário. A frequência é f 12piradicLC. Nos circuitos de RF de alta freqüência usuais, L está em muH e C em pF. Uma modificação do circuito Colpitts, chamado um oscilador Clapp, é mostrada à esquerda. Este circuito pode ser construído e testado. O capacitor de sintonia está em série com a indutância aqui, é um capacitor fixo, mas em um VFO seria variável. Todos os três capacitores são 0,001 muF neste circuito, mas em um circuito prático, a capacitância em série com o indutor seria muito menor do que as outras duas (talvez 50 pF) e proporcionaria uma faixa considerável de freqüências. O indutor era um indutor de núcleo de ferrite 120 muH (mostrado como uH em esquema) que eu tinha em mãos. O indutor de 1 mH no cabo de origem é um bloqueador de radiofrequência ou RFC, projetado para reter sua indutância quando uma corrente DC razoável passa por ele. Aqui, separa o circuito de polarização do circuito RF. As pistas do MPF 102 JFET são DSG, nessa ordem, ao olhar o lado plano da embalagem com os cabos para baixo. Este circuito deu um sinal de pico a pico de 5 V na fonte a uma freqüência de aproximadamente 828 kHz, apropriado para um indutor de 120 muH que ressoa com 13 nF - os três condensadores .001 em série. A tensão média da porta era de cerca de -4,5 V, o que significava que o portão variou de cerca de -10 V, muito além do ponto de corte, para 0,7 V, limitado pelo diodo. A corrente média de drenagem foi de 0,6 mA. O JFET está operando como um amplificador Classe C neste circuito. Isso faz um excelente oscilador de RF para outros fins, se você não possui um gerador de sinal. Um oscilador de Hartley é mostrado à direita. Ele usa a maioria dos mesmos componentes que o oscilador Clapp. Um capacitor é necessário para bloquear a tensão de polarização do portão do circuito sintonizado. O capacitor de sintonização é um capacitor 100 pF de poli. L1 é uma bobina enrolada com 30 fios em uma forma 12 - usei um tubo de lucite. Tem 210 voltas, bateu na 45ª vez e é cerca de 3 longos. O tubo faz um bom manípulo ao enrolar a bobina e é cortado quando o enrolamento é finalizado. As extremidades da bobina podem ser colocadas através de 60 orifícios em cada extremidade. Quando chegar à 45ª vez, raspe um pouco do esmalte com lixa e solte o fio da torneira para ele. Esta é uma operação delicada, mas não é realmente difícil. As voltas podem ser protegidas com bobina, se você tiver. Caso contrário, use fita transparente ou laca de unhas. A solda 22 conduz a cada um dos três fios. Meu oscilador foi a 1,67 MHz. A indutância da bobina pode ser estimada a partir da fórmula L D 2 N 2 (18D 40L) muH, onde D é o diâmetro e L o comprimento da bobina em polegadas, e N é o número de voltas, que deu 85 muH. Com 100 pF, isso prevê uma freqüência de ressonância de 1,73 MHz, acordo suficientemente próximo. Havia uma oscilação parasita muito perceptível em cerca de 10 MHz, causada por capacitância perdida com as longas derivações de loop para a bobina. Um melhor layout iria curar isso. O portão funcionou a -5,86 V, e a saída foi novamente cerca de 5 V pico a pico. É muito gratificante ver o oscilador trabalhar com as bobinas que você feriu. Outros osciladores são discutidos em outras páginas, por exemplo, o VTVM e o GDO. Onde o oscilador de grade-mergulho é estudado, e os tubos de vácuo. Onde são apresentados os osciladores locais para superheterodose. Composto por J. B. Calvert Criado em 30 de julho de 2001 Última revisão 13 de maio de 2002 Diagrama de bloco do oscilador diagonal do oscilador Antes de explicar o diagrama de blocos de um oscilador, lembremos o conceito de amplificador de feedback positivo. Todos vocês sabem que o amplificador de feedback positivo consiste em amplificador com ganho de A e circuito de feedback com ganho de. Aqui, uma parte da saída é alimentada de volta para a entrada através do circuito de feedback. O sinal que é alimentado de volta é adicionado ao sinal de entrada usando mathSigma matemática de verão e a saída do verão atua como um sinal de entrada real para o amplificador. A figura mostra o diagrama de blocos do oscilador. A diferença entre o amplificador de feedback positivo eo oscilador é que, no oscilador, não há necessidade de sinal de entrada externo. Para iniciar as oscilações, o sinal de saída deve ser alimentado de volta na magnitude e fase apropriadas. Ltflashgtfileblockdiagram. swfwidth70height300qualitybestltflashgt Fig: Blockdiagram of Oscillator For Replay clique novamente em Clique aqui para iniciar perguntas de auto-avaliação de animação (SAQs) - 1 Nota: (i) Responda as perguntas abaixo conforme instruído. (Ii) Compare sua resposta com a indicada no final da Unidade. Responda a seguinte pergunta abaixo, identificando as respostas corretas: 1. Qual dos seguintes comentários é usado para produzir oscilações a. Feedback positivo b. Feedback negativo c. Retorno positivo e negativo d. Feedback não-reativo Atenda a seguinte pergunta Verdadeira ou Falso 2. O Oscilador requer um sinal de entrada externo para o seu funcionamento Princípio dos Osciladores Um oscilador consiste em um amplificador e uma rede de feedback. Agora, deixe-nos ver quais componentes básicos são necessários para obter oscilações. O dispositivo ativo, tanto Transistor ou Op Amp, é usado como um amplificador. Circuito de feedback com componentes passivos, como combinações de R-C ou L-C. Para iniciar a oscilação com a amplitude constante, o feedback positivo não é a única condição suficiente. O circuito do oscilador deve satisfazer as seguintes duas condições conhecidas como condições de Barkhausen: 1. A primeira condição é que a magnitude do ganho de loop (A) deve ser a unidade. Isso significa que o produto do ganho do amplificador A e do ganho da rede de feedback deve ser a unidade. 2. A segunda condição é que o deslocamento de fase em torno do loop deve ser 360 ou 0. Isso significa que a mudança de fase através do amplificador e da rede de feedback deve ser 360 ou 0. Perguntas de auto-avaliação (SAQs) - 2 Nota: ( I) Responda as perguntas abaixo conforme instruído. (Ii) Compare sua resposta com a indicada no final da Unidade. Preencha o espaço em branco. 1. Um circuito deve satisfazer. Critério para obter oscilações sustentadas. Escolha a resposta certa. 2. Para iniciar a oscilação, a mudança de fase total de um oscilador é a. Alto b. Baixo c. 1 d. 0 O próprio oscilador sinusoidal próprio indica o significado de que este oscilador produz saída de onda sinusoidal. Para qualquer tipo de circuito a se comportar como um oscilador, primeiro deve satisfazer a condição necessária e suficiente que é mencionada na seção anterior. Dependendo da variação na amplitude da forma de onda de saída, existem dois tipos de oscilações. 1. Damped 2. Undamped ou (sustentado) oscilações amortecidas. As oscilações, cuja amplitude continua diminuindo ou aumentando continuamente com o tempo, são chamadas de oscilações amortecidas. Se a amplitude das oscilações está diminuindo continuamente, é conhecida como insuficiente. Considerando que, se a amplitude das oscilações está aumentando continuamente, é conhecida como overdamped. Oscilações não amortecidas. As oscilações, cuja amplitude permanece constante com o tempo, são chamadas de oscilações não amortecidas ou sustentam oscilações. Na prática, para obter as oscilações sustentadas na freqüência desejada de oscilações, o circuito do oscilador deve satisfazer alguns dos requisitos básicos, tais como, o circuito deve ter feedback positivo. Quando o feedback positivo é usado no circuito, o ganho global do circuito é dado por Esta equação Indica que, se A for igual a 1, o ganho global se tornará infinito. Isso significa que há saída sem qualquer entrada externa. Na realidade, para obter oscilações sustentadas, na primeira vez que o circuito é ligado, o ganho do loop deve ser ligeiramente superior a um. Isso garantirá que as oscilações se acumulem no circuito. No entanto, uma vez alcançado um nível adequado de tensão de saída, o ganho do loop deve diminuir automaticamente para a unidade. Só então o circuito mantém a oscilação sustentada. Caso contrário, o circuito funciona como amortecido. Isto pode ser conseguido no circuito, quer diminuindo o ganho do amplificador A ou diminuindo o ganho de feedback. Ltflashgtfilesinuosci. swfwidth60height300qualitybestltflashgt Fig: Tipos de Oscilador para Repetição clique novamente Clique aqui para ver Tipos de Perguntas de Auto-Avaliação de Oscilação (SAQs) - 4 Classificação de Osciladores Sinusoidais O próprio oscilador sinusoidal próprio indica que esse oscilador produz saída de onda senoidal. Na seção anterior, mencionamos que a freqüência de oscilação é determinada pelos componentes do circuito de feedback. Assim, de acordo com os componentes determinados em freqüência, existem três tipos básicos de osciladores, como oscilador RC, oscilador LC e oscilador de cristal. 1. Osciladores RC. Eles usam uma rede de resistência-capacitância para determinar a freqüência do oscilador. Eles são adequados para aplicações de baixa (alcance de áudio) e frequência moderada (5Hz a 1MHz). Eles são ainda divididos como, 2. osciladores LC. Aqui, indutores e capacitores são usados ​​em série ou paralelo para determinar a freqüência. Eles são mais adequados para frequência de rádio (1 a 500 MHz) e mais classificados como, 3. Oscilador de cristal. Como osciladores LC, é adequado para aplicações de radiofrequência. Mas tem muito alto grau de estabilidade e precisão em comparação com outros osciladores. Perguntas de auto-avaliação (SAQs) - 5 Nota: (i) Responda as perguntas abaixo conforme instruído. (Ii) Compare sua resposta com a indicada no final da Unidade. 1. Liste os osciladores sinusoidais com sua faixa de freqüência. Detalhes de Osciladores RC com Exemplos Vimos o diagrama de blocos do oscilador. Consiste em amplificador com ganho de A e circuito de feedback com ganho de. No caso de osciladores RC, o circuito de feedback usa uma combinação Resistance-Capacitance. Esta combinação RC executa a função dupla. Ele atua como rede de feedback, bem como a rede de determinação de freqüência do oscilador. Princípio dos osciladores RC: todos vocês sabem que um transistor na configuração CE atua como um amplificador ou você pode usar Op Amp como um amplificador inversor. Não só amplifica o sinal de entrada, mas também desloca sua fase em 180. No entanto, para produzir oscilações, devemos ter feedback positivo de quantidade suficiente. O feedback positivo ocorre apenas quando a tensão traseira alimentada está em fase com o sinal de entrada original. Esta condição pode ser alcançada de duas maneiras. 1. Wien Bridge Oscillator -360 ou 0 deslocamento de fase por amplificador e 0 ou 360 deslocamento de fase por circuito de retorno Fig.: Princípio do Wien Bridge Oscillator Uma maneira de obter o deslocamento de fase de 360 ​​é usar dois estágios de amplificadores, cada um dando a mudança de fase de 180, ou use amplificador não inversor usando Op Amp. Nesse caso, o sinal de feedback não produz qualquer mudança de fase adicional. Este é o princípio básico de um oscilador de ponte de Wien. 2. Oscilador de deslocamento de fase RC - Deslocamento de fase 180 por amplificador e mudança de fase adicional de 180 por circuito de retorno Fig.: Princípio do oscilador de deslocamento de fase RC Aqui podemos tirar uma parte da saída e passá-la através de uma rede de deslocamento de fase (circuito de feedback) Deslocamento de fase de 180. Assim, obtemos uma mudança de fase total de 180 180 360 à medida que o sinal passa pelo amplificador e a rede de deslocamento de fase. Este é o princípio básico do oscilador de mudança de fase RC. Perguntas de auto-avaliação (SAQs) - 6 Nota: (i) Responda as perguntas abaixo conforme instruído. (Ii) Compare sua resposta com a indicada no final da Unidade. 1. Explique em breve a função de combinação de RC usada em osciladores sinusoidais RC. Responda a seguinte pergunta abaixo, identificando as respostas corretas: 2. No oscilador de deslocamento de fase RC, a rede de feedback produz. Mudança de fase a. 90 graus b. 180 graus c. 270 graus d. 360 graus Atende a seguinte pergunta Verdadeira ou Falso 3. O oscilador de ponte de Wien pode ser projetado usando dois estágios de amplificadores transistorizados ou usando amplificador não inversor usando Op Amp. O escopo desta unidade é restrito aos osciladores da ponte de Wien. Estude os osciladores da ponte de Wien em detalhes: a) Circuito Lead-Lag O circuito dado mostra a combinação RC usada no oscilador da ponte de Wien. Este circuito também é conhecido como circuito de lead-lag. Aqui, resistor mathR1math e capacitor mathC1math estão conectados na série, enquanto o resistor mathR2math eo capacitor mathC2math estão conectados em paralelo. Temos que ver como esse circuito seleciona apenas uma determinada freqüência. Como o circuito do lead-lag funciona. Deixe-nos ver qual seria a tensão de saída em altas freqüências. Suponha que o sinal de entrada de CA Vi seja aplicado a este circuito, então qual seria a tensão de saída. Aqui, a magnitude do Vo de saída depende da frequência do sinal de entrada. Como aconteceu Você sabe que a reatância do capacitor é inversamente proporcional à freqüência. Em altas freqüências, a reatância do capacitor mathC1math e mathC2math se aproxima de zero. Isso faz com que mathC1math e mathC2math apareçam curtos. Aqui, o capacitor mathC2math corta o resistor mathR2math. Assim, a tensão de saída Vo será zero, uma vez que a saída é tomada em combinação mathR2math e mathC2math. Em suma, em altas freqüências, o circuito atua como um circuito de atraso. Deixe-nos ver qual seria a tensão de saída em baixas frequências. Da mesma forma, em baixas freqüências, ambos os capacitores atuam como abertos porque o capacitor oferece uma reatância muito alta. Outra tensão de saída será zero porque o sinal de entrada é descartado na combinação mathR1math e mathC1math. Aqui, o circuito funciona como um circuito de chumbo. O que aconteceria se a freqüência do sinal de entrada estiver entre esses dois extremos. Basicamente, o circuito de retardamento de corrente atua como um circuito ressonante. Já vimos que, em dois extremos, obtemos zero tensão de saída. Mas a uma determinada freqüência entre os dois extremos, a tensão de saída atinge o valor máximo. Apenas a essa frequência, o valor de resistência torna-se igual à reatância capacitiva e dá saída máxima. Portanto, essa freqüência particular é conhecida como freqüência de ressonância ou freqüência oscilante. Ltflashgtfileleadlag. swfwidth65height380qualitybestltflashgt Fig: Circuito Lead-Lag para repetição clique novamente Clique aqui para iniciar a animação Aqui, pode-se perguntar, como calcular esta frequência específica É muito simples. A saída máxima seria produzida se R Xc. Suponha, mathR1math mathR2math R e mathC1math mathC2math C, como você sabe que mathXc fracf, matemática Isso dá freqüência de ressonância mathf frac R, C, matemática. B) O circuito fornecido mostra o oscilador da ponte de Wien usando o circuito do lead-lag. Deixe-nos ver por que o nome da ponte de Wien é dado. A versão básica da ponte de Wien tem quatro braços. Os dois braços são puramente resistivos e outros dois braços são braços sensíveis à freqüência. Esses dois braços não são senão o circuito de atraso de ligação sobre o qual já discutimos. A combinação de séries de mathR1math e mathC1math está conectada entre o terminal a e d. A combinação paralela de mathR2math e mathC2math está conectada entre o terminal d e c. Para projetar o circuito dos osciladores usando esta ponte, a saída da ponte é dada ao estágio do amplificador. Aqui, o estágio do amplificador não inversor é usado para alcançar oscilações. Fig.: Diagrama de Circuito de Wien Bridge Oscillator Você pode adivinhar por que o amplificador não inversor é necessário. Para isso, basta lembrar a condição necessária das oscilações. Para iniciar as oscilações, o deslocamento de fase total do circuito deve ser 360 e a magnitude do ganho do loop deve ser superior a um. Aqui, a ponte não fornece deslocamento de fase na freqüência oscilante, pois um único braço consiste no circuito de chumbo e outro braço consiste em circuito de atraso. Não é necessário introduzir uma mudança de fase por um amplificador. Portanto, o amplificador não invasor é usado. Perguntas de auto-avaliação (SAQs) - 7 Nota: (i) Responda as perguntas abaixo conforme instruído. (Ii) Compare sua resposta com a indicada no final da Unidade. 1. Explicar o termo lead and lag circuit e seu princípio de funcionamento. 2. Explique o funcionamento do lead-lag. Responda a seguinte pergunta abaixo, identificando as respostas corretas: 3. Um circuito de atraso tem um ângulo de fase que é a. Entre 0 e 90 graus b. Maior que 90 graus c. Entre 0 e -90 graus d. O mesmo que a tensão de entrada 4. Um circuito de acoplamento também é referido como. uma. Circuito de atraso b. Circuito de ligação c. Circuito lead-lag d. Circuito ressonante Para uma melhor compreensão do oscilador da ponte de Wien, o mesmo circuito pode ser redesenhado como mostrado abaixo. Observe cuidadosamente o diagrama de circuito. O circuito de atraso de ligação é usado como rede de feedback sobre a qual já discutimos. Aqui, o estágio do amplificador não inversor é usado para alcançar oscilações. O circuito do oscilador da ponte de wien consiste em dois feedbacks, positivos e negativos. Um feedback positivo é entre saída e terminal não invasivo e um feedback negativo está entre a saída e o terminal inversor do OPAMP. Você sabe que, para o oscilador, o feedback positivo é essencial. Aqui, o feedback positivo é usado para produzir uma mudança de fase de zero grau entre o amplificador e a rede de feedback. Talvez você gostaria de saber por que o feedback negativo é necessário aqui. Para garantir oscilações sustentadas, o ganho do loop deve ser ligeiramente maior que um quando o circuito é ligado pela primeira vez. Para o oscilador da ponte de Wien, o ganho do amplificador deve ser maior que três (Agt3), o que assegurará a acumulação de oscilações sustentadas no circuito. Portanto, para definir esse ganho, o feedback negativo é essencial. Na prática, para obter as oscilações sustentadas na freqüência desejada de oscilações, o produto do ganho de tensão A e do ganho de feedback deve ser igual ou superior a um. Neste caso, o amplificador A deve ser 3. Portanto, para satisfazer a condição do produto, o ganho de feedback deve ser 13. Aqui, o ganho do amplificador não inversor é decidido pelo resistor mathR3math e mathR4math. Para oscilações sustentadas, o resistor mathR4math deve ser duas vezes do resistor mathR3math. Da mesma forma, obtemos o resultado máximo Vo somente se o valor resistivo for igual ao valor da reatância. Assim, a frequência de oscilação é decidida pelo resistor R e pelo capacitor C. ltflashgtfileWBO circuito. swfwidth60height300qualitybestltflashgt Fig.: Diagrama de circuito do Wien Bridge Oscillator Para Repetição clique novamente em Clique aqui para iniciar a animação O que acontece se o resistor mathR3math não for igual a duas vezes do resistor mathR4math Na seção anterior, vimos que o valor do resistor mathR3math e mathR4math desempenha um papel muito importante. Para iniciar as oscilações, o resistor mathR3math deve ser duas vezes do resistor mathR4math. O que acontece se o resistor mathR3math não for igual a duas vezes do resistor mathR4math. Se mathR3math for inferior a 2 mathR4math. O produto A será menor que a unidade e as oscilações não podem ser mantidas. E se mathR3math for maior do que 2 mathR4math. O ganho aumenta significativamente. Portanto, o produto A torna-se muito grande. Isso iniciará as oscilações. Mas, devido ao ganho excessivo, pode resultar em distorção. Fig: Efeito de mathR3math e mathR4math em Wien Bridge Oscillator Isso indica que é necessária alguma forma de redução de ganho a uma maior tensão de saída. Uma das maneiras possíveis é substituir o resistor mathR4math pela lâmpada de tungstênio. How this circuit works if resistor mathR4math by tungsten lamp, is left to the student for further study of this topic . Self-Assessment Questions (SAQs)- 8 Note: (i) Answer the questions below as instructed. (ii) Compare your answer with the one given in the end of the Unit. 1. Discuss the working of wien bridge oscillators with neat block diagram. 2. Explain the role of feedbacks in Wien Bridge Oscillator. 3. Give the name of the technique used to reduce the loop gain at higher output voltage. Answer the following question below by identifying the correct answers: 4. In Wien-bridge oscillator, the gain of amplifier must be a. 0 b. 1 c. 2 d. 3 In practice, to obtain the sustained oscillations at the desired frequency of oscillations, the product of the voltage gain A and the feedback gain must be one or greater than one. In this case, the amplifier gain A must be 3. Hence, to satisfy the product condition, feedback gain must be 13. How to select the component values to set the desired sustained oscillation frequency 1. Gain components selection For noninverting amplifier, gain is given by, Here, the gain of the noninverting amplifier is decided by resistor mathR3math and mathR4math This gives, mathR4 2 R3, math -------(1) For sustained oscillations, resistor mathR4math must be twice of resistor mathR3math . 2. Frequency components selection We get the maximum output Vo only if resistive value is equal to reactance value. Hence, the frequency of oscillation is decided by resistor R and capacitor C. Actually, the oscillation frequency is given by equation no 2. For maximum output, mathR Xc, math -------(2) To simplify, if you keep values of resistance mathR1math and mathR2math same, and values of capacitors mathC1math and mathC2math same, then the frequently of lead lag circuit is given by equation 3. If mathR1 R2 R, math and mathC1 C2 C, math then Self-Assessment Questions (SAQs)- 9 Note: (i) Answer the questions below as instructed. (ii) Compare your answer with the one given in the end of the Unit. 1. Explain how to select gain and frequency component of Wien bridge oscillator. 2. Compute the component values for 956Hz frequency of oscillation in the Wien bridge oscillator circuit. Answer the following question below by identifying the correct answers: 3. How many resistors to be varied to change the frequency of a Wien bridge oscillator. uma. One resistor b. Two resistors c. Three resistors d. One capacitor