- Oscillateur de pont Wein:
- Gain de sortie et déphasage de l'oscillateur Wein Bridge:
- Fréquence de résonance et sortie de tension:
- Fonctionnement et construction de l'oscillateur Wein Bridge:
- Exemple pratique d'oscillateur à pont Wein:
- Applications:
Dans ce didacticiel, nous en apprendrons davantage sur l' oscillateur Wein Bridge qui a été développé par un physicien allemand Max Wien. Il est à l'origine développé pour calculer la capacité là où la résistance et la fréquence sont connues. Avant d'aller plus loin dans la discussion sur ce qu'est réellement l' oscillateur Wein Bridge et comment il est utilisé, voyons ce qu'est l'oscillateur et ce qu'est l'oscillateur Wein Bridge.
Oscillateur de pont Wein:
Comme dans le didacticiel précédent de RC Oscillator, une résistance et un condensateur sont nécessaires pour produire un déphasage, et si nous connectons un amplificateur en spécification inversée et connectons l'amplificateur et les réseaux RC avec une connexion de rétroaction, la sortie de l'amplificateur commence à produire un forme d' onde sinusoïdale par oscillation.
Dans un oscillateur à pont de Vienne, deux réseaux RC sont utilisés à travers un amplificateur et produisent un circuit oscillateur.
Mais pourquoi devrions-nous choisir l'oscillateur à pont de Wien ?
En raison des points suivants, l'oscillateur à pont de Wien est un choix plus judicieux pour produire une onde sinusoïdale.
- C'est stable.
- La distorsion ou THD (Distorsion Harmonique Totale) est sous la limite contrôlable.
- Nous pouvons changer la fréquence très efficacement.
Comme indiqué précédemment, l'oscillateur Wein Bridge dispose de réseaux RC à deux étages. Cela signifie qu'il se compose de deux condensateurs non polaires et de deux résistances dans une formation de filtre passe-haut et passe-bas. Une résistance et un condensateur en série, d'autre part un condensateur et une résistance en formation parallèle. Si nous construisons le circuit, le schéma ressemblera à celui-ci: -
Comme on le voit clairement, deux condensateurs et deux résistances sont utilisés. Les deux étages RC qui agissent comme un filtre passe-haut et passe-bas connectés ensemble qui est le produit d'un filtre passe-bande qui accumulent la dépendance de fréquence de deux étages d'ordre. Les résistances R1 et R2 sont les mêmes et la capacité C1 et C2 est la même.
Gain de sortie et déphasage de l'oscillateur Wein Bridge:
Ce qui se passe à l'intérieur du circuit de réseau RC dans l'image ci-dessus est très intéressant.
Lorsque la basse fréquence est appliquée, la réactance du premier condensateur (C1) est suffisamment élevée et bloque le signal d'entrée et résiste au circuit pour produire une sortie 0, d'autre part, la même chose se produit d'une manière différente pour le deuxième condensateur (C2) qui est connecté en parallèle. La réactance C2 est devenue trop faible et contourne le signal et produit à nouveau 0 sorties.
Mais dans le cas d'une fréquence moyenne lorsque la réactance C1 n'est pas élevée et que la réactance C2 n'est pas faible, elle donnera une sortie à travers le point C2. Cette fréquence appelée fréquence de résonance.
Si nous voyons en profondeur à l'intérieur du circuit, nous verrons que la réactance du circuit et la résistance du circuit sont égales si la fréquence de résonance est atteinte.
Donc, il y a deux règles appliquées dans un tel cas lorsque le circuit est fourni par la fréquence de résonance à travers l'entrée.
A. La différence de phase de l'entrée et de la sortie est égale à 0 degré.
B. Comme il est à 0 degré, la sortie sera maximale. Mais combien? Il est de près ou de précision 1/3 ème de l'amplitude du signal d'entrée.
Si nous voyons la sortie du circuit, nous comprendrons ces points.
La sortie est exactement la même courbe que l'image affichée. À basse fréquence à partir de 1 Hz, la sortie est inférieure ou presque à 0 et augmente avec la fréquence à l'entrée jusqu'à la fréquence de résonance, et lorsque la fréquence de résonance est atteinte, la sortie est à son point de crête maximum et diminue continuellement avec l'augmentation de la fréquence et encore il produit 0 sortie à haute fréquence. Donc, il passe clairement une certaine plage de fréquences et produit la sortie. C'est pourquoi il était auparavant décrit comme un filtre passe-bande à bande variable (bande de fréquence) fiable en fréquence. Si nous examinons de près le déphasage de la sortie, nous verrons clairement la marge de phase de 0 degré sur la sortie à la fréquence de résonance appropriée.
Dans cette courbe de sortie de phase, la phase est exactement de 0 degré à la fréquence de résonance et elle est démarrée de 90 degrés à décroissante à 0 degré lorsque la fréquence d'entrée a augmenté jusqu'à ce que la fréquence de résonance soit atteinte et après cela, la phase continue à diminuer au point final de - 90 degrés. Deux termes sont utilisés dans les deux cas, si la phase est positive, elle est appelée avance de phase et en cas de négatif, elle est appelée délai de phase.
Nous verrons la sortie de l'étage de filtre dans cette vidéo de simulation:
Dans cette vidéo, 4,7k utilisés comme R dans R1 R2 et le condensateur 10nF sont utilisés pour C1 et C2. Nous avons appliqué une onde sinusoïdale à travers les étages et dans l'oscilloscope, le canal jaune montre l'entrée du circuit et la ligne bleue montre la sortie du circuit. Si nous regardons de près, l' amplitude de sortie est de 1/3 du signal d'entrée et la phase de sortie est presque identique au déphasage de 0 degré de la fréquence de résonance comme indiqué précédemment.
Fréquence de résonance et sortie de tension:
Si nous considérons que R1 = R2 = R ou la même résistance est utilisée, et pour la sélection du condensateur C1 = C2 = C la même valeur de capacité est utilisée alors la fréquence de résonance sera
Fhz = 1 / 2πRC
Le R représente la résistance et le C représente le condensateur ou la capacité, et le Fhz si la fréquence de résonance.
Si nous voulons calculer la Vout du réseau RC, nous devrions voir le circuit d'une manière différente.
Ce travail de réseau RC avec des signaux d' entrée CA. Calculer la résistance des circuits en cas de courant alternatif plutôt que calculer la résistance des circuits en cas de courant continu est un peu délicat.
Le réseau RC crée une impédance qui agit comme une résistance sur un signal AC appliqué. Un diviseur de tension a deux résistances, dans ces étages RC, les deux résistances sont l'impédance du premier filtre (C1 R1) et l'impédance du second filtre (R2 C2).
Comme il y a un condensateur connecté en série ou en parallèle, la formule d'impédance sera: -
Z est le symbole de l'impédance, R est la résistance et le Xc représente la réactance capacitive du condensateur.
En utilisant la même formule, nous pouvons calculer l'impédance du premier étage.
Dans le cas de la deuxième étape, la formule est la même que pour le calcul de la résistance équivalente parallèle,
Z est l'impédance, R est la résistance, X est le condensateur
L'impédance finale du circuit peut être calculée à l'aide de cette formule: -
Nous pouvons calculer un exemple pratique et voir la sortie dans un tel cas.
Si nous calculons la valeur et voyons le résultat, nous verrons que la tension de sortie sera 1/3 de la tension d'entrée.
Si nous connectons la sortie du filtre RC à deux étages dans une broche d'entrée d'amplificateur non inverseur ou une broche + Vin, et ajustons le gain pour récupérer la perte, la sortie produira une onde sinusoïdale. C'est l'oscillation du pont de Wien et le circuit est le circuit de l'oscillateur du pont Wein.
Fonctionnement et construction de l'oscillateur Wein Bridge:
Dans l'image ci-dessus, le filtre RC est connecté à travers un ampli opérationnel qui est dans une configuration non inverseuse. R1 et R2 sont une résistance à valeur fixe tandis que C1 et C2 sont un condensateur de compensation variable. En faisant varier la valeur de ces deux condensateurs en même temps, nous pourrions obtenir une oscillation correcte d'une plage inférieure à une plage supérieure. C'est très utile si nous voulons utiliser l'oscillateur à pont Wein pour produire une onde sinusoïdale à une fréquence différente d'une plage inférieure à supérieure. Et les R3 et R4 sont utilisés pour le gain de rétroaction de l'ampli-op. Le gain de sortie ou l'amplification est hautement fiable sur ces deux combinaisons de valeurs. Comme les deux étages RC chutent la tension de sortie à 1/3, il est essentiel de la récupérer. C'est aussi un choix plus judicieux pour obtenir au moins 3x ou plus de 3x (4x préféré) de gain.
Nous pouvons calculer le gain en utilisant la relation 1+ (R4 / R3).
Si nous voyons à nouveau l'image, nous pouvons voir que le chemin de rétroaction de l'amplificateur opérationnel depuis la sortie est directement connecté à l'étage d'entrée du filtre RC. Comme le filtre RC à deux étages a une propriété de déphasage de 0 degré dans la région de fréquence de résonance, et directement connecté à la rétroaction positive de l'ampli-op, supposons qu'il s'agit de xV + et que dans la rétroaction négative, la même tension est appliquée qui est xV- avec la même phase de 0 degré, l'ampli-op différencie les deux entrées et élimine le signal de rétroaction négatif et, en raison de cela, continue lorsque la sortie connectée à travers les étages RC, l'ampli-op commence à osciller.
Si nous utilisons une vitesse de balayage plus élevée, un amplificateur opérationnel à fréquence plus élevée, la fréquence de sortie peut être maximisée d'une grande quantité.
Il y a peu d'amplis op haute fréquence dans ce segment.Nous
devons également nous rappeler que, comme dans le précédent didacticiel sur l'oscillateur RC, nous avons discuté de l'effet de chargement, nous devrions choisir l'ampli opérationnel avec une impédance d'entrée élevée plus que le filtre RC pour réduire l'effet de charge et garantir bonne oscillation stable.
- LM318A
- LT1192
- MAX477
- LT1226
- OPA838
- THS3491 qui est un ampli opérationnel haut de gamme de 900 MHz!
- LTC6409 qui est un amplificateur opérationnel différentiel 10 Ghz GBW. Sans oublier que cela nécessite un ajout spécial de circuits et des tactiques de conception RF exceptionnellement bonnes pour obtenir également cette sortie haute fréquence.
- LTC160
- OPA365
- Ampli-op de qualité industrielle TSH22.
Exemple pratique d'oscillateur à pont Wein:
Calculons une valeur d'exemple pratique en choisissant la valeur de résistance et de condensateur.
Dans cette image, pour l'oscillateur RC, une résistance de 4,7k est utilisée pour R1 et R2. Et un condensateur de réglage utilisé qui a deux pôles contient 1-100nF pour la capacité de coupe C1 et C2. Permet de calculer la fréquence d'oscillation pour 1nF, 50nF et 100nF. Nous calculerons également le gain de l'ampli-op comme R3 sélectionné comme 100k et R4 sélectionné comme 300k.
Comme le calcul de la fréquence est facile par la formule de
Fhz = 1 / 2πRC
Pour la valeur de C est 1nF et pour la résistance est 4,7k la fréquence sera
Fhz = 33 849 Hz ou 33,85 KHz
Pour la valeur de C est 50nF et pour la résistance est 4.7k la fréquence sera
Fhz = 677 Hz
Pour la valeur de C est 100nF et pour la résistance est 4,7k la fréquence sera
Fhz = 339 Hz
Ainsi, la fréquence la plus élevée que nous pouvons atteindre en utilisant 1nF qui est de 33,85 kHz et la fréquence la plus basse que nous pouvons atteindre en utilisant 100nF est 339Hz.
Le gain de l'ampli opérationnel est de 1+ (R4 / R3)
R4 = 300 000
R3 = 100 000
Donc le gain = 1+ (300k + 100k) = 4x
L'ampli opérationnel produira un gain 4x de l'entrée sur la broche «positive» non inversée.
Ainsi, en utilisant cette méthode, nous pouvons produire un oscillateur Wein Bridge à fréquence variable.
Applications:
Oscillateur à pont Wein utilisé dans un large niveau d'applications dans le domaine de l'électronique, de la recherche de la valeur exacte du condensateur, pour la génération de circuits liés à un oscillateur stable en phase de 0 degré, en raison du faible niveau de bruit, c'est également un choix plus judicieux pour divers niveaux de qualité audio applications où une oscillation continue est requise.