Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
¿Qué es un oscilador de puente de Viena?
Un oscilador Wien-Bridge es un tipo de oscilador de desplazamiento de fase que se basa en una red Wien-Bridge (Figura 1a) que consta de cuatro brazos conectados en forma de puente. Aquí dos brazos son puramente resistivos mientras que los otros dos brazos son una combinación de resistencias y condensadores .
En particular, un brazo tiene resistor y condensador conectados en serie (R 1 y C 1 ) mientras que el otro los tiene en paralelo (R 2 y C 2 ).
Esto indica que estos dos brazos de la red se comportan de manera idéntica a la del filtro de paso alto o al filtro de paso bajo, imitando el comportamiento del circuito que se muestra en la Figura 1b.
En este circuito, a altas frecuencias, la reactancia de los condensadores C 1 y C 2 será mucho menor debido a que el voltaje V 0 se convertirá en cero ya que R 2 se acortará.
A continuación, a bajas frecuencias, la reactancia de los condensadores C 1 y C 2 será muy alta.
Sin embargo, incluso en este caso, el voltaje de salida V 0 permanecerá en cero solamente, ya que el condensador C 1 actuaría como un circuito abierto.
Este tipo de comportamiento exhibido por la red Wien-Bridge la convierte en un circuito de adelanto en el caso de frecuencias bajas y altas, respectivamente.
Cálculo de la frecuencia del oscilador del puente de Viena
Sin embargo, en medio de estas dos frecuencias altas y bajas, existe una frecuencia particular en la que los valores de la resistencia y la reactancia capacitiva se igualarán entre sí, produciendo la máxima tensión de salida.
Esta frecuencia se conoce como frecuencia resonante. La frecuencia de resonancia para un oscilador de puente Wein se calcula utilizando la siguiente fórmula:
Además, a esta frecuencia, el desplazamiento de fase entre la entrada y la salida será cero y la magnitud del voltaje de salida será igual a un tercio del valor de entrada. Además, se ve que el Wien-Bridge se equilibrará solo en esta frecuencia en particular.
En el caso del oscilador Wien-Bridge, la red Wien-Bridge de la Figura 1 se usará en la ruta de retroalimentación como se muestra en la Figura 2. A continuación se muestra el diagrama de circuito para un oscilador Wein que usa un BJT ( transistor de unión bipolar ):
En estos osciladores , la sección del amplificador comprenderá un amplificador de dos etapas formado por los transistores , Q 1 y Q 2 , en el que la salida de Q 2 se retroalimenta como entrada a Q 1 a través de la red Wien-Bridge (que se muestra dentro de la recinto azul en la figura).
Aquí, el ruido inherente al circuito provocará un cambio en la corriente base de Q 1 que aparecerá en su punto colector después de ser amplificado con un desfase de 180 o .
Esto se alimenta como una entrada a Q 2 a través de C 4 y se amplifica aún más y aparece con un cambio de fase adicional de 180 o .
Esto hace que la diferencia de fase neta de la señal realimentada a la red Wien-Bridge sea de 360 o , satisfaciendo el criterio de cambio de fase para obtener oscilaciones sostenidas.
Sin embargo, esta condición se cumplirá solo en el caso de la frecuencia de resonancia, debido a lo cual los osciladores Wien-Bridge serán altamente selectivos en términos de frecuencia, lo que conducirá a un diseño de frecuencia estabilizada.
Los osciladores de puente de Viena incluso se pueden diseñar utilizando Op-Amps como parte de su sección de amplificador, como se muestra en la Figura 3.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que, aquí, se requiere que el amplificador operacional actúe como un amplificador no inversor, ya que la red Wien-Bridge ofrece un cambio de fase cero.
Además, a partir del circuito, es evidente que el voltaje de salida se realimenta a los terminales de entrada tanto inversores como no inversores.
A frecuencia de resonancia, los voltajes aplicados a los terminales inversores y no inversores serán iguales y en fase entre sí.
Sin embargo, incluso aquí, la ganancia de voltaje del amplificador debe ser mayor que 3 para iniciar las oscilaciones e igual a 3 para mantenerlas. En general, este tipo de osciladores de puente de Wien basados en amplificadores operacionales no pueden funcionar por encima de 1 MHz debido a las limitaciones que les impone su ganancia de bucle abierto.
Las redes Wien-Bridge son osciladores de baja frecuencia que se utilizan para generar frecuencias de audio y sub-audio que oscilan entre 20 Hz y 20 KHz.
Además, proporcionan una salida sinusoidal estabilizada y de baja distorsión en un amplio rango de frecuencia que se puede seleccionar utilizando cajas de resistencia de décadas.
Además, la frecuencia de oscilación en este tipo de circuito se puede variar con bastante facilidad, ya que solo necesita la variación de los condensadores C 1 y C 2 .
Sin embargo, estos osciladores requieren una gran cantidad de componentes de circuito y solo pueden funcionar hasta una cierta frecuencia máxima.