Wein bridge oscillator

Sa tutorial na ito, malalaman natin ang tungkol sa Wein Bridge Oscillator na binuo ng isang physicist na Aleman na si Max Wien. Orihinal na binuo ito para sa pagkalkula ng capacitance kung saan kilala ang paglaban at dalas. Bago pumunta sa karagdagang malalim na talakayan tungkol sa kung ano talaga ang Wein Bridge Oscillator at kung paano ito ginagamit, tingnan natin kung ano ang Oscillator at kung ano ang Wein Bridge Oscillator.

Wein Bridge Oscillator:

Tulad ng sa nakaraang tutorial ng RC Oscillator, kinakailangan ng isang risistor at kapasitor upang makagawa ng isang phase shift, at Kung kumokonekta kami ng isang amplifier sa inverting spec at ikonekta ang mga amplifier at RC network na may koneksyon sa feedback ang output ng amplifier ay magsisimulang gumawa ng isang sinusoidal waveform sa pamamagitan ng pag-oscillation.

Sa isang Wien bridge oscillator dalawang mga network ng RC ang ginagamit sa isang amplifier at gumagawa ng isang oscillator circuit.

Ngunit bakit dapat nating piliin ang Wien bridge oscillator ?

Dahil sa mga sumusunod na puntos ang Wien bridge oscillator ay isang mas matalinong pagpipilian para sa paggawa ng Sinusoidal wave.

1. Ito ay matatag.
2. Ang pagbaluktot o ang THD (Kabuuang Harmonic Distortion) ay nasa ilalim ng kontroladong limitasyon.
3. Maaari naming mabago ang dalas nang mabisa.

Tulad ng sinabi dati na ang Wein Bridge oscillator ay may dalawang yugto ng mga network ng RC. Nangangahulugan ito na binubuo ito ng dalawang mga di-polar capacitor at dalawang resistors sa isang pagbuo ng High pass at Low pass filter. Isang risistor at isang kapasitor sa serye sa kabilang banda isang kapasitor at isang risistor sa parallel na pagbuo. Kung magtatayo kami ng circuit ang eskematiko ay magiging katulad ng isang ito: -

Tulad ng malinaw na nakikita mayroong dalawang mga capacitor at dalawang resistors ang ginagamit. Parehong yugto ng RC na gumaganap bilang High Pass at Mababang pass filter na konektado magkasama na kung saan ay ang produkto ng isang Band pass filter na naipon ang dependency ng dalas ng dalawang yugto ng pagkakasunud-sunod. Ang R1 at R2 Paglaban ay pareho at gayundin ang C1 at C2 capacitance ay pareho.

Ang Wein Bridge Oscillator Output Gain at Phase Shift:

Lubhang kawili-wili ang nangyayari sa loob ng circuit ng RC network sa larawan sa itaas.

Kapag inilapat ang Mababang dalas ang unang reaksyon ng capacitor (C1) ay sapat na mataas at harangan ang input signal at labanan ang circuit upang makabuo ng 0 output, sa kabilang banda, Parehong bagay ang nangyayari sa ibang paraan para sa pangalawang capacitor (C2) na konektado sa parallel na kondisyon. Ang reaktibo ng C2 ay naging napakababa at i-bypass ang signal at muling gumagawa ng 0 output.

Ngunit sa kaso ng isang daluyan ng dalas kapag ang C1 reaktibo ay hindi mataas at ang C2 ay reaktibo ay hindi mababa magbibigay ito ng output sa buong C2 point. Ang dalas na ito ay tinukoy bilang Resonant Frequency.

Kung nakikita natin nang malalim sa loob ng circuitry makikita natin na ang reaktibo ng circuit at ang Paglaban ng circuit ay pantay kung nakamit ang resonant frequency.

Kaya, mayroong dalawang mga patakaran na inilapat sa naturang kaso kapag ang circuit ay ibinigay ng resonant frequency sa kabuuan ng Input.

A. Ang pagkakaiba ng Phase ng Input at output ay katumbas ng 0 degree.

B. Dahil nasa 0 degree ang output ay magiging maximum. Ngunit magkano? Ito ay malapit na o tumpak 1/3 ^rd ng magnitude sa input signal ni.

Kung nakikita natin ang output ng circuitry mauunawaan natin ang mga puntong iyon.

Ang output ay eksaktong kapareho ng kurba tulad ng ipinapakita na imahe. Sa Mababang Dalas mula sa 1Hz ang output ay mas mababa o halos 0 at tumataas sa dalas sa input hanggang sa resonant frequency, at kapag naabot ang resonant frequency ang output ay nasa pinakamataas na point point nito at patuloy na bumababa sa pagtaas ng dalas at muli gumagawa ito ng 0 output sa mataas na dalas. Kaya malinaw na nagpapasa ito ng isang tiyak na saklaw ng dalas at gumagawa ng output. Iyon ang dahilan kung bakit dati itong inilarawan bilang frequency dependable variable na Band (Frequency Band) na pass filter. Kung titingnan nating mabuti ang paglipat ng yugto ng output malinaw na makikita natin ang 0 degree phase margin sa kabuuan ng output sa wastong dalas ng resonant.

Sa Phase output curve na ito, ang phase ay eksaktong 0 degree sa dalas ng Resonance at nagsimula ito mula sa 90 degree hanggang sa bumababa sa 0 degree kapag nadagdagan ang dalas ng pag-input hanggang sa makamit ang dalas ng resonance at pagkatapos nito ay patuloy na bumababa ang phase sa end point ng - 90 degree. Mayroong dalawang mga term na ginamit sa parehong kaso, Kung ang yugto ay positibo tinatawag itong Phase Advance at sa kaso ng negatibo ito ay tinatawag na Phase Delay.

Makikita natin ang output ng yugto ng pagsala sa simulation na video na ito:

Sa video na ito 4.7k ginamit bilang R sa parehong R1 R2 at ang 10nF capacitor ay ginagamit para sa parehong C1 at C2. Nag-apply kami ng sinusoidal wave sa mga yugto at sa oscilloscope Yellow Channel ay ipinapakita ang input ng circuitry at ang asul na linya ay nagpapakita ng output ng circuitry. Kung titingnan nating mabuti ang output amplitude ay 1/3 ng input signal at ang output phase ay halos magkapareho ng 0 degree phase shift sa resonant frequency tulad ng tinalakay dati.

Dalas ng Resonance at Output ng Boltahe:

Kung isinasaalang-alang namin na R1 = R2 = R o ang parehong risistor ay ginagamit, at para sa pagpili ng capacitor C1 = C2 = C ginagamit ang parehong halaga ng capacitance pagkatapos ay ang dalas ng resonance ay

Fhz = 1 / 2πRC

Ang R ay kumakatawan sa Resistor at ang C ay nangangahulugang ang capacitor o capacitance, at ang Fhz kung ang frequency ng Resonance.

Kung nais naming kalkulahin ang Vout ng RC network dapat nating makita ang circuit sa ibang paraan.

Ang RC network na ito ay gumagana sa mga AC signal Input. Ang pagkalkula ng paglaban ng circuitry sa kaso ng AC kaysa sa pagkalkula ng paglaban ng circuitry sa kaso ng DC ay medyo mahirap.

Lumilikha ang RC network ng impedance na gumaganap bilang paglaban sa isang inilapat na AC signal. Ang isang divider ng boltahe ay may dalawang resistances, sa mga yugto ng RC ang dalawang resistances ay ang First filter (C1 R1) impedance at ang Second filter (R2 C2) impedance.

Tulad ng may isang kapasitor ay konektado alinman sa serye o sa parallel na pagsasaayos pagkatapos ang Impedance formula ay: -

Ang Z ay simbolo ng Impedance, ang R ay ang paglaban at ang Xc ay nangangahulugang capacitive reactance ng capacitor.

Sa pamamagitan ng paggamit ng parehong formula maaari naming kalkulahin ang unang yugto impedance.

Sa kaso ng pangalawang yugto, ang formula ay pareho sa pagkalkula ng parallel na katumbas na risistor,

Z ay ang impedance, Ang R ay ang paglaban, Si X ang Capacitor

Ang Final Impedance ng circuitry ay maaaring kalkulahin gamit ang formula na ito: -

Maaari naming kalkulahin ang isang Praktikal na Halimbawa at makita ang Output Sa ganitong kaso.

Kung makalkula namin ang halaga at makita ang resulta makikita natin na ang output boltahe ay magiging 1/3 ng input boltahe.

Kung ikonekta namin ang dalawang yugto ng output ng RC filter sa isang non-inverting amplifier input pin o + Vin pin, at ayusin ang nakuha upang mabawi ang pagkawala ang output ay makagawa ng isang sinusoidal wave. Iyon ang Wien bridge oscillation at ang circuitry ay Wein Bridge Oscillator circuit.

Paggawa at Konstruksyon ng Wein Bridge Oscillator:

Sa imahe sa itaas, ang filter ng RC ay konektado sa isang op-amp na nasa isang hindi pagsasaalang-alang na pagsasaayos. Ang R1 at R2 ay Nakatakdang halaga ng risistor samantalang ang C1 at C2 ay isang variable trim capacitor. Sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng halaga ng dalawang capacitor nang sabay-sabay makakakuha tayo ng tamang oscillation mula sa isang mas mababang saklaw hanggang sa itaas na saklaw. Napaka kapaki-pakinabang kung nais naming gamitin ang Wein Bridge oscillator upang makagawa ng sinusoidal na alon sa iba't ibang dalas mula sa isang mas mababa hanggang sa itaas na saklaw. At ang R3 at R4 ay ginagamit para sa op-amp na nakakuha ng feedback. Ang nakuha na output o ang amplification ay lubos na maaasahan sa dalawang mga kumbinasyon ng halaga. Tulad ng pagbagsak ng dalawang yugto ng RC ng boltahe ng output sa ika-1/3 mahalaga na makuha ito pabalik. Ito rin ay isang mas matalinong pagpipilian upang makakuha ng hindi bababa sa 3x o higit sa 3x (4x ginustong) kita.

Maaari nating kalkulahin ang nakuha gamit ang 1+ (R4 / R3) na ugnayan.

Kung muli nating makita ang imahe maaari nating makita na ang landas ng feedback ng pagpapatakbo na amplifier mula sa output ay direktang konektado sa yugto ng pag-input ng filter ng RC. Tulad ng dalawang yugto ng RC filter ay may pag-aari ng 0 degree phase shift sa rehiyon ng dalas ng resonance, at direktang konektado sa op-amp positibong feedback ipagpalagay na ito ay xV + at ang sa negatibong feedback ang parehong boltahe ay inilapat na kung saan ay xV- na may parehong degree na Phase Phase ang op-amp ay naiiba ang dalawang pag-input at isali ang negatibong signal ng feedback at dahil sa patuloy na habang ang output na konektado sa mga yugto ng RC ay nagsisimula nang mag-oscillate ang op-amp.

Kung gumagamit kami ng isang mas mataas na rate ng pagpatay, mas mataas na dalas ng op-amp ang output frequency ay maaaring ma-maximize ng isang malawak na halaga.

Ilang mga op-amp na Mataas na dalas ang nasa segment na ito

Gayundin kailangan nating tandaan tulad ng sa nakaraang tutorial ng RC oscillator na tinalakay natin tungkol sa epekto ng paglo-load, dapat nating piliin ang op-amp na may mataas na impedance ng input na higit sa filter ng RC upang mabawasan ang epekto ng paglo-load at matiyak na tamang stable oscillation.

• LM318A
• LT1192
• MAX477
• LT1226
• OPA838
• Ang THS3491 na 900 mHz Mataas na binhi ng op-amp!
• Ang LTC6409 na kung saan ay 10 Ghz GBW Pagkakaiba ng op-amp. Hindi man sabihing nangangailangan ito ng espesyal na idagdag sa circuitry at may pambihirang mahusay na mga taktika sa disenyo ng RF upang makamit din ang output ng Mataas na Dalas na ito.
• LTC160
• OPA365
• TSH22 Industrial grade op-amp.

Praktikal na Halimbawa ng Wein Bridge Oscillator:

Kalkulahin natin ang isang praktikal na halimbawang halimbawang sa pamamagitan ng pagpili ng halaga ng Resistor at capacitor.

Sa imaheng ito, para sa RC oscillator isang 4.7k risistor ang ginagamit para sa parehong R1 at R2. At isang ginamit na trimmer capacitor na mayroong dalawang poste ay naglalaman ng 1-100nF para sa C1 at C2 na kapasidad sa paggupit. Hinahayaan nating kalkulahin ang Dalas ng oscillation para sa 1nF, 50nF at 100nF. Kalkulahin din namin ang nakuha ng op-amp bilang R3 na napili bilang 100k, at R4 ang napili bilang 300k.

Tulad ng pagkalkula ng dalas ay madali sa pamamagitan ng pormula ng

Fhz = 1 / 2πRC

Para sa halaga ng C ay 1nF at para sa risistor ay 4.7k ang Frequency Will

Fhz = 33,849 Hz o 33.85 KHz

Para sa halaga ng C ay 50nF at para sa risistor ay 4.7k ang Frequency Will

Fhz = 677Hz

Para sa halaga ng C ay 100nF at para sa risistor ay 4.7k ang Frequency Will

Fhz = 339Hz

Kaya't ang Pinakamataas na Dalas na maaari nating makamit gamit ang 1nF na 33.85 Khz at ang pinakamababang dalas na maaari nating makamit gamit ang 100nF ay 339Hz.

Ang nakuha ng op-amp ay 1+ (R4 / R3)

R4 = 300k

R3 = 100k

Kaya ang Gain = 1+ (300k + 100k) = 4x

Ang op-amp ay gagawa ng 4x makakuha ng input sa kabuuan ng hindi inverted na "positibo" na pin.

Kaya sa pamamagitan ng paggamit sa ganitong paraan makakagawa kami ng variable frequency bandwidth Wein Bridge Oscillator.

Mga Aplikasyon:

Ang Wein Bridge Oscillator na ginamit sa malawak na antas ng mga aplikasyon sa larangan ng electronics, mula sa paghahanap ng eksaktong halaga ng capacitor, Para sa pagbuo ng 0 degree phase stable oscillator na may kaugnayan sa circuitry, dahil sa mababang antas ng ingay ito rin ay isang mas matalinong pagpipilian para sa iba't ibang antas ng antas ng Audio mga application kung saan kinakailangan ang patuloy na pag-oscillation.