¿Qué es un oscilador de puente de Viena?
Un Wien-Bridge Oscilador es un tipo de oscilador de cambio de fase que se basa en una red de Wien-Bridge (Figura 1a) compuesta por 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 una resistencia y un condensador conectados en serie (R1 y C1) mientras que el otro las tiene en paralelo (R2 y C2). Esto indica que estos dos brazos de la red se comportan de forma idéntica a la de filtro de paso alto o filtro de paso bajo, imitando el comportamiento del circuito mostrado por la figura 1b.
En este circuito, a altas frecuencias, la reactancia de los condensadores C1 y C2 será mucho menos debido a que el voltaje V0 se convertirá en cero como R2 se pondrá en cortocircuito. A continuación, a bajas frecuencias, la reactancia de los condensadores C1 y C2 …se volverá muy alta.
Sin embargo, incluso en este caso, el voltaje de salida V0 permanecerá sólo en cero, ya que el condensador C1 actuaría como un circuito abierto. Este tipo de comportamiento exhibido por la red de Wien-Bridge lo convierte en un circuito de plomo en el caso de las frecuencias bajas y altas, respectivamente.
Cálculo de la frecuencia del oscilador del puente de Wien
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 igualará a la otra, produciendo el máximo voltaje de salida. Esta frecuencia se conoce como frecuencia de resonancia. La frecuencia de resonancia de un oscilador de puente de Wein se calcula con la siguiente fórmula:
Además, a esta frecuencia, el cambio 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 la entrada. Además, se ve que el Wien-Bridge se equilibrará sólo a esta frecuencia particular.
En el caso de El oscilador de Wien-Bridgela red de Wien-Bridge de la figura 1 se utilizará en la ruta de retroalimentación como se muestra en la figura 2. El diagrama de circuito para un oscilador Wein usando un BJT (Transistor de unión bipolar) se muestra a continuación:
En estos osciladoresla sección de amplificación estará compuesta por un amplificador de dos etapas formado por el transistores, Q1 y Q2en el que la salida de Q2 se retroalimenta como una entrada a Q1 a través de la red de Wien-Bridge (que se muestra dentro del recinto azul de la figura). Aquí, el ruido inherente al circuito causará un cambio en la base actual de Q1 que aparecerá en su punto de recolección después de ser amplificado con un desplazamiento de fase de 180o.
Esto se alimenta como una entrada a Q2 a través de C4 y se amplifica aún más y aparece con un desplazamiento de fase adicional de 180o. Esto hace que la diferencia de fase de la señal de la red de Wien-Bridge sea de 360osatisfaciendo el criterio de cambio de fase para obtener oscilaciones sostenidas.
Sin embargo, esta condición sólo se cumplirá en el caso de la frecuencia de resonancia, debido a lo cual los osciladores de Wien-Bridge serán muy selectivos en cuanto a la frecuencia, lo que dará lugar a un diseño de frecuencia estabilizada.
Los osciladores de puente de Viena pueden incluso ser diseñados usando Op-Amps como parte de su sección de amplificación, como se muestra en la figura 3. Sin embargo, hay que señalar que, en este caso, el Op-Amp debe actuar como un amplificador no inversor, ya que la red de Wien-Bridge ofrece un cambio de fase cero. Además, desde el circuito, es evidente que el voltaje de salida se retroalimenta tanto a los terminales de entrada inversores como a los no inversores.
A la frecuencia de resonancia, los voltajes aplicados a los terminales que invierten y no invierten serán iguales y en fase entre sí. Sin embargo, incluso aquí, la ganancia de voltaje del amplificador necesita ser mayor de 3 para iniciar las oscilaciones e igual a 3 para mantenerlas. En general, este tipo de amplificador de operaciones Osciladores del puente de Viena no pueden funcionar por encima de 1 MHz debido a las limitaciones que les impone su ganancia en bucle abierto.
Las redes de 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 con baja distorsión en una amplia gama de frecuencias que puede seleccionarse utilizando cajas de resistencia de diez años. Además, la frecuencia de oscilación en este tipo de circuito puede variarse con bastante facilidad ya que sólo necesita la variación de la condensadores C1 y C2. Sin embargo, estos osciladores requieren un gran número de componentes de circuitos y pueden funcionar sólo hasta una cierta frecuencia máxima.
