บทช่วยสอนและทฤษฎีออสซิลเลเตอร์ของ Wien Bridge

Bth Chwy Sxn Laea Thvs Di Xxs Sil Lete Xr Khxng Wien Bridge



วงจรออสซิลเลเตอร์จะสร้างสัญญาณเป็นระยะที่เอาท์พุต พวกเขาสามารถแปลงสัญญาณ DC ใดๆ ให้เป็นสัญญาณ AC ด้วยความถี่ที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสัญญาณ เราจะพูดถึงออสซิลเลเตอร์สะพาน Wien หลักการทำงานของมัน พร้อมด้วยเวอร์ชันที่แก้ไขและตัวอย่างในบทความนี้

ออสซิลเลเตอร์สะพานเวียน

ออสซิลเลเตอร์ของสะพาน Wein เป็นรูปแบบที่เน้นความถี่ของสะพานวีตสโตน ในการสร้างสะพาน แขนทั้งสองข้างมีเพียงความต้านทาน ในขณะที่อีกสองแขนประกอบด้วยความต้านทานและตัวเก็บประจุผสมกัน แขนข้างหนึ่งของบริดจ์ออสซิลเลเตอร์ประกอบด้วยวงจร RC อนุกรมกับวงจร RC แบบขนานอีกวงจรหนึ่งดังแสดงด้านล่าง:









การรวมกันของตัวเก็บประจุและตัวต้านทานของแขนทั้งสองมีลักษณะเหมือนตัวกรองความถี่สูงและความถี่ต่ำตามที่ระบุในรูปด้านล่าง:







หลักการทำงาน

เมื่อใช้ความถี่ต่ำกว่า ตัวเก็บประจุแบบอนุกรมจะให้รีแอกแตนซ์ที่สูงมาก เนื่องจากรีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุจะแปรผกผันกับความถี่ตามที่กำหนดโดย:



เนื่องจากค่ารีแอกแตนซ์ที่สูงมาก ตัวเก็บประจุจึงทำงานเป็นวงจรเปิด ดังนั้นเอาต์พุตจึงเป็นศูนย์

เมื่อใช้ความถี่ที่สูงกว่า ตัวเก็บประจุ C1 และ C2 ทั้งคู่จะมีรีแอกแตนซ์ต่ำและทำหน้าที่เหมือนไฟฟ้าลัดวงจร ในสถานการณ์นี้ สัญญาณอินพุตจะไปตามเส้นทางลัดวงจรจาก C1 และ C2 เพื่อกลับไปยังแหล่งจ่าย ในกรณีนี้แรงดันไฟขาออกยังคงเป็นศูนย์เช่นกัน

อย่างไรก็ตาม เราสามารถเลือกช่วงความถี่กลางระหว่างความถี่สูงมากและความถี่ต่ำมาก เพื่อให้สามารถหลีกเลี่ยงสภาวะวงจรเปิดและการลัดวงจรได้ ความถี่ระดับกลางที่แรงดันไฟเอาท์พุตมีค่าสูงสุดเรียกว่าความถี่เรโซแนนซ์

การแสดงภาพกราฟิก

ที่ความถี่เรโซแนนซ์ ขนาดของเอาต์พุตจะเท่ากับเกือบหนึ่งในสามของแรงดันไฟฟ้าอินพุต กราฟเมื่อพล็อตระหว่างอัตราขยายเอาต์พุตและการเปลี่ยนเฟส จะให้ภาพประกอบของการเลื่อนเฟส การหน่วงเฟส และจุดเรโซแนนซ์ดังที่แสดงด้านล่าง:

ที่ความถี่ต่ำ มุมเฟสจะแสดง +90 องศา บ่งชี้การเลื่อนเฟสระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต ในขณะที่ความถี่สูง มุมเฟสจะกลายเป็น -90 องศา บ่งชี้ว่าจะมีการหน่วงเฟสระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต จุดความถี่กลาง fr บ่งชี้ความถี่เรโซแนนซ์โดยที่สัญญาณทั้งสองอยู่ในเฟสซึ่งกันและกัน

ที่ความถี่ต่ำ มุมเฟสจะแสดง +90 องศา บ่งชี้การเลื่อนเฟสระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต ในขณะที่ความถี่สูง มุมเฟสจะกลายเป็น -90 องศา บ่งชี้ว่าจะมีการหน่วงเฟสระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต จุดความถี่กลาง fr บ่งชี้ความถี่เรโซแนนซ์โดยที่สัญญาณทั้งสองอยู่ในเฟสซึ่งกันและกัน

การแสดงออกของความถี่ออสซิลเลเตอร์

ความถี่เรโซแนนซ์คำนวณได้ด้านล่าง:

สำหรับความถี่เรโซแนนซ์ R1=R2=R & C1=C2=C:

Wein Bridge Oscillator พร้อม Op-Amp

ออสซิลเลเตอร์ของสะพาน Wein ยังสามารถรวมออปแอมป์ไว้ในวงจรได้ เทอร์มินัล op-amps เชื่อมต่อกับจุดสองจุดของออสซิลเลเตอร์สะพาน Wein ดังแสดงด้านล่าง:

ข้อจำกัดเดียวของการกำหนดค่านี้คือข้อจำกัดของความถี่ที่สูงกว่า ออสซิลเลเตอร์ Wein Bridge ที่ใช้ op-amps ควรทำงานต่ำกว่า 1 MHz นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าสะพาน Wein เป็นออสซิลเลเตอร์ความถี่ต่ำระหว่าง 20Hz ถึง 20kHz

ตัวอย่าง

พิจารณาตัวต้านทานขนาด 20kΩ และตัวเก็บประจุแปรผันขนาด 10nf ถึง 2000nf ในวงจรออสซิลเลเตอร์ของ Wein Bridge ประเมินค่าสูงสุดและต่ำสุดของความถี่ของการสั่น

ความถี่ของการสั่นกำหนดโดย:

สำหรับความถี่ต่ำสุด fmin;

สำหรับความถี่สูงสุด fmax:

บทสรุป

ออสซิลเลเตอร์สะพาน Wein เป็นการผสมผสานระหว่างเครือข่ายตัวกรองความถี่สูงและความถี่ต่ำผ่าน ทำงานที่ความถี่เรโซแนนซ์ซึ่งแรงดันเอาต์พุตสูงสุด ด้านบนและด้านล่างความถี่นี้ เอาต์พุตจะเป็นศูนย์