Oscilatoare armonice cu retea Wien

Oscilatoare armonice cu retea Wien

În figura 5.7 este prezentata schema generala a unui oscilator armonic cu amplificator ideal de tensiune si retea Wien. Amplificatorul, fiind ideal (impedanta de intrare infinita, impedanta de iesire nula), nu influenteaza functionarea retelei Wien. Astfel, functia de transfer a retelei Wien (care lucreaza in gol) este:

(5.32)

Conditia lui Barkhausen devine:

(5.33)

si admitand ca la frecventa de oscilatie amplificatorul lucreaza in banda sa de frecvente, deci amplificarea este un numar real, rezulta

. (5.34)

Deci, la frecventa de oscilatie si factorul de transfer al retelei de reactie pozitive va fi un numar real, ceea ce inseamna ca

(5.35)

Expresia factorului de transfer al retelei de reactie la frecventa de oscilatie este

(5.36)

iar amplificarea necesara pentru sustinerea oscilatiilor este:

(5.37)

Acest tip de oscilator se foloseste in generatoare de audiofrecventa cu frecventa variabila in limite largi. Pentru a putea regla frecventa rapoartele si din relatia de mai sus trebuie mentinute constante. Pentru cazul particular si , frecventa de oscilatie devine:

(5.38)

iar amplificarea in tensiune trebuie sa fie egala cu 3.

În consecinta, amplificatorul de tensiune trebuie sa satisfaca urmatoarele conditii:

-amplificare pozitiva, egala cu ;

-impedanta de intrare practic infinita;

-impedanta de iesire neglijabila.

Pentru a indeplini aceste conditii, se poate folosi un amplificator cu reactie negativa serie de tensiune, reactie care stabilizeaza amplificarea si o face usor controlabila, creste impedanta de intrare si o reduce pe cea de la iesire.

În figura 5.8 se prezinta un oscilator cu doua bucle de reactie: una pozitiva selectiva (dependenta de frecventa) prin reteaua Wien si o reactie negativa neselectiva prin atenuatorul format din rezistentele R_A si R_B.

Expresia amplificarii amplificatorului cu reactie negativa serie de tensiune este:

(5.39)

În continuare se vor prezenta cateva exemple de implementare a configuratiei din figura 5.8.

Oscilator cu retea Wien si amplificator de baza cu tranzistoare bipolare

În figura 5.9 este prezentat un oscilator armonic format dintr-un amplificator de baza cu reactie negativa serie de tensiune si o retea de reactie pozitiva de tip Wien. Amplificatorul de baza este format din doua etaje de amplificare, configurate in jurul tranzistoarelor T₁ si T₂, si un repetor pe emitor, configurat in jurul tranzistorului T₃, cu sarcina activa (formata din tranzistorul T₄ si rezistoarele si . Repetorul pe emitor are rolul de a micsora impedanta de iesire a amplificatorului de baza si de a sigura puterea utila necesara sarcinii.

Reactia negativa, formata din rezistorul R_A si termistorul R_B, este deci sensibila la amplitudinea oscilatiei din circuit, asigurand limitarea acesteia. Scaderea rezistentei termistorului cu cresterea amplitudinii semnalului din circuit determina reducerea amplificarii in tensiune si deci scaderea amplitudinii. Scaderea amplitudinii semnalului produce o reactie inversa celei descrise mai sus.

Figura 5.9. Oscilator armonic cu retea Wien si amplificator de baza cu TB.

Caderea de tensiune pe termistor este:

(5.40)

in care este tensiunea efectiva pe termistor.

Considerand amplificarea in bucla deschisa suficient de ridicata astfel incat sa fie posibila aproximarea (5.39) expresia tensiunii efective pe termistor devine:

(5.41)

Reglajul frecventei se poate face cu un dublu condensator variabil si cu doua potentiometre aflate pe acelasi ax.

Oscilator cu retea Wien si amplificator de baza cu TU pe intrare

În figura 5.10 este prezentat un oscilator armonic al carui amplificator de baza are un etaj de intrare realizat cu tranzistor unipolar. Astfel, impedanta de intrare in amplificatorul de baza este foarte mare, reteaua de reactie pozitiva de tip Wien lucrand practic in gol. Amplificatorul de baza este un amplificator cu reactie negativa serie de tensiune. Pentru limitarea amplitudinii oscilatiei s-a folosit un termistor in bucla de reactie negativa. Reglajul frecventei se poate face cu un dublu condensator variabil intr-o anumita banda de frecvente, stabilita de valoarea rezistentelor R, si prin schimbarea in decade a valorii rezistentelor R de la o banda de frecvente la alta.

Oscilatoare cu retea Wien si amplificator operational

În figura 5.11 sunt prezentate trei oscilatoare armonice cu retea Wien si amplificator operational. În toate cele trei cazuri, reactia negativa este introdusa pe intrarea inversoare, iar cea pozitiva pe intrarea neinversoare.

5.10. Oscilator cu retea Wien si amplificator de baza cu TU pe intrare

Figura 5.11. Oscilatoare armonice cu retea Wien si amplificator operational cu limitarea amplitudinii oscilatiei prin: (a) baretor, (b) dipol cu diode si (c) tranzistor cu efect de camp polarizat in regiunea liniara a caracteristicilor de transfer

În oscilatorul prezentat in figura 5.11.a este folosit un baretor pentru limitarea amplitudinii oscilatiei. Atunci cand amplitudinea semnalului creste, tensiunea la bornele baretorului creste, conducand la cresterea rezistentei acestuia si deci la cresterea reactiei negative f_V, scaderea amplificarii si micsorarea amplitudinii de oscilatie. Un efect invers se obtine la scaderea amplitudinii de oscilatie.

Limitarea amplitudinii de oscilatie cu dipol de diode la un oscilator cu AO si retea Wien este aratata in figura 5.11.b. De regula, amplitudinea semnalului de iesire este mult mai mare decat cea corespunzatoare caderii de tensiune pe dipol, astfel incat rezistenta R_B variaza de la valoarea la valoarea (R_d - rezistenta dinamica a dipolului). Datorita neliniaritatii dipolului, nivelul distorsiunilor este relativ ridicat. La cresterea amplitudinii semnalului, R_d scade, f_V creste, amplificarea scade si deci amplitudinea scade, iar la scaderea amplitudinii semnalului, R_d creste, f_V scade, amplificarea creste si deci amplitudinea semnalului creste. Aceasta este modalitatea de limitare a amplitudinii de oscilatie in acest caz.

Oscilatorul armonic prezentat in figura 5.11.c foloseste pentru limitarea amplitudinii oscilatiei un tranzistor cu efect de camp polarizat in regiunea liniara a caracteristicilor de transfer. Rezistenta drena-sursa este controlata de o fractiune a tensiunii continue, obtinute prin redresarea si filtrarea alternantei negative a semnalului de iesire, aplicata intre grila si sursa. Pentru obtinerea unei ondulatii cat mai mici trebuie indeplinita conditia:

(5.42)

Cresterea amplitudinii oscilatiei conduce la cresterea modulului tensiunii aplicate intre grila si sursa, deci la scaderea conductantei drena-sursa, cresterea reactiei negative f_V si scaderea amplificarii. Evident, scaderea amplitudinii semnalului de iesire produce efecte contrare celor descrise mai sus.