Oscilador/Gerador de Onda Senoidal da Ponte de Wien
O oscilador ou gerador de onda senoidal Op amp Wien Bridge é um excelente circuito para gerar um sinal de onda senoidal em frequências de áudio e acima.
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Tutorial de Amplificador Operacional Inclui:
Introdução | Resumo de Circuitos | Amplificador Inversor | Amplificador Somador | Amplificador Não-inversor | Amplificador de Ganho Variável | Filtro Ativo Passa-Alta | Filtro Ativo Passa-Baixa | Filtro Passa-Banda | Filtro Notch | Comparador | Gatilho de Schmitt | Multivibrador | Bistável | Integrador | Diferenciador | Oscilador Wien Bridge | Oscilador de Deslocamento de Fase
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Um dos métodos populares de geração de uma onda senoidal com um amplificador operacional é usar a configuração de ponte de Wien. O projeto do circuito eletrônico é bastante fácil e oferece um bom desempenho geral.
Como o nome indica, o oscilador ou gerador da ponte Wien amp op é baseado na rede da ponte Wien. Esta é uma forma de circuito de ponte que foi desenvolvida por Max Wien em 1891 e compreende quatro resistores e dois capacitores.
O oscilador de ponte de Wien existe há muitos anos e encontra aplicações em muitas áreas como oscilador de áudio, usando componentes eletrônicos discretos ou amplificadores operacionais.
Como os amplificadores operacionais são componentes eletrônicos fáceis de usar, proporcionando uma operação quase perfeita, eles são amplamente utilizados em circuitos como esses.
O que é uma ponte de Viena
O circuito básico do Wien Bridge é mostrado abaixo e como pode ser visto a partir disso.
O circuito de ponte básico foi usado em muitas aplicações, incluindo a medição do valor de capacitores, onde resistores variáveis e um capacitor conhecido podem ser usados para determinar o valor de um capacitor, normalmente C1.
Primeiro vamos dar uma olhada no circuito do ponto de vista qualitativo. Isso ajuda a explicar a operação real do circuito e dá uma compreensão de como ele funciona.
A partir do diagrama, pode-se ver que o circuito pode ser dividido em dois: um elemento em série da ponte de Wien, ou seja, o resistor e o capacitor em série formam um filtro passa-alta; e elemento de resistor de capacitor paralelo formando um filtro passa-baixa da linha ao terra.
Em outras palavras, existe um filtro passa-alta série e um filtro passa-baixa paralelo. O efeito geral é que a combinação dos dois forma um filtro passa-banda seletivo de segunda ordem que tem um fator Q bastante alto e com uma frequência ressonante de f 0 .
Olhando para a rede de forma muito simples, na frequência zero, o filtro passa-baixa série composto pelos componentes eletrônicos R1 e C1 terá uma impedância infinita porque a CC não pode passar pelo capacitor.
Da mesma forma, em frequências muito altas, o efeito do circuito paralelo é dominado pela impedância praticamente zero do capacitor – praticamente curto-circuita a saída.
Entre essas frequências existe um ponto onde a saída atinge um máximo – sua “frequência de ressonância”, F 0 .
Nessa frequência ressonante, a reatância do circuito geral é igual à sua resistência, ou seja: Xc = R, e a diferença de fase entre a entrada e a saída é zero. A magnitude da tensão de saída neste pint máximo é igual a um terço da tensão de entrada.
Verifica-se também que o deslocamento de fase na rede varia com a frequência, cortando o eixo na frequência de ressonância, f 0 .
Olhando para o circuito de um ponto de vista mais matemático para o projeto de circuitos eletrônicos. A ponte Wien é particularmente flexível e não requer valores iguais dos valores dos componentes eletrônicos de R ou C. Em alguma frequência, a reatância do braço da série R2–C2 será um múltiplo exato do braço R1–C1. Se os dois braços R3 e R4 forem ajustados na mesma proporção, a ponte ficará equilibrada.
Em termos de determinação da frequência de equilíbrio, algumas equações simples podem ser usadas.
As equações de projeto de circuito eletrônico simplificam se R1 = R2 e C1 = C1; o resultado é R4 = 2 R3.
Na prática, os valores dos componentes eletrônicos R1/R2 e C1/C2 nunca serão exatamente iguais, mas as equações acima mostram que para valores fixos nestes braços, a ponte irá se equilibrar em algum ω e alguma razão de R4/R3.
Ao fazer essas suposições e simplificações, o projeto do circuito eletrônico fica muito mais fácil.
Oscilador de ponte de amp op Wien
Para o projeto do circuito eletroeletrônico de um oscilador de onda senoidal, a ponte pode ser usada dentro do circuito de realimentação e o circuito oscila no ponto de equilíbrio, ou seja, o “ponto de ressonância” da rede. Além disso, os níveis de impedância de entrada muito altos e os níveis de impedância de saída muito baixos do amplificador operacional significam que há carga mínima nos elementos da ponte, e isso simplifica o projeto do circuito eletrônico.
O oscilador da ponte de Wien pode ser considerado como um amplificador de ganho positivo combinado com um filtro passa-banda através do qual a realimentação positiva é aplicada. Como o feedback positivo é usado, é necessário poder limitar o ganho para evitar níveis de distorção indevidos. Isso é alcançado de várias maneiras usando controle de ganho automático, não linearidade intencional e não linearidade incidental limitam a amplitude de saída e podem ser usados em diferentes circuitos de maneiras diferentes.
O oscilador básico da ponte de Wien ou circuito gerador é mostrado abaixo e contém os elementos do circuito da ponte envolvidos em torno do próprio amplificador operacional. O amplificador de ganho positivo e o filtro passa-faixa que fornece feedback positivo podem ser vistos dentro do circuito.
Os elementos da ponte contendo os capacitores estão associados à entrada não inversora e os elementos puramente resistivos estão associados à entrada inversora. Para o circuito oscilar, a análise do circuito revela que deve haver um deslocamento de fase de 180° e isso requer que C1 = C2 e R1 = R2. Além disso, Rf é normalmente definido como 2 Rg. A frequência de oscilação pode ser determinada a partir da equação simples:
Um dos problemas com esta forma de circuito oscilador / gerador de ponte Wien é o nível de distorção criado. Se o valor de Rf for aumentado (aumentando o ganho do circuito), verifica-se que o nível de distorção também aumenta à medida que o amplificador operacional atinge mais saturação.
Uma maneira fácil de superar isso, que tem sido usada em muitos casos, é substituir o resistor Rg por uma pequena lâmpada incandescente ou um termistor. A relação de resistências Rf está definida para permanecer em torno de 2Rg. Essa ideia funciona porque quando o oscilador é ligado pela primeira vez, a lâmpada está fria e a resistência é pequena. A corrente que flui através dele é maior e a lâmpada ou termistor aquece, aumentando assim sua resistência que por sua vez faz com que o ganho caia e a corrente caia. Depois de um tempo, um ponto de equilíbrio é alcançado e o oscilador auto-regulará o ganho e, portanto, o nível de distorção.
Limitador de amplitude de diodo para oscilador de ponte de Wien
Outro método para limitar a oscilação de amplitude do oscilador e, portanto, reduzir a distorção é usar um par de diodos back to back no loop de feedback do oscilador. Os diodos podem ser colocados em parte da resistência R f . À medida que a amplitude aumenta, a resistência diminui efetivamente e a amplitude diminui.
Este circuito é capaz de fornecer um menor nível de distorção que o circuito sem qualquer limitação de amplitude.
O oscilador de ponte de Wien é usado em muitas aplicações para fornecer um sinal de onda senoidal. Embora os níveis de distorção possam ser mais altos do que algumas outras formas de oscilador de áudio, ele fornece uma forma muito conveniente e confiável de oscilador de onda senoidal de áudio.
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