El oscilador en puente de Wien

LIC. EN FÍSICA Curso 03-04

PRÁCTICA 7.

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA

EL OSCILADOR EN PUENTE DE WIEN

DPT. D’ENGINYERIA ELECTRÓNICA FACULTAT DE FÍSICA Universitat de València


LABORATORIO DE ELECTRÓNICA PRÁCTICA 7ª

7.1. EL OSCILADOR EN PUENTE DE WIEN El trabajo propuesto en esta práctica es estudiar el funcionamiento del oscilador en puente Wien realizado a partir de un amplificador operacional. La configuración habitual de dicho circuito es el de la de la figura 7.1.

Fig. 7.1 En este oscilador el factor de realimentación, β (jω) = VX / VS, es:

β( jω) =

1 3 + j   ωCR −



1   ωCR 

La ganancia del amplificador desde la entrada V+ ( VX) a la salida VS es:

A( jω) = 1 +

Por tanto la ganancia de lazo,

R2 R1

L(jω ) = β (jω ) A(jω ), será:

1+ L( jω) =

 

R2 R1

3 + j  ω CR −

1   ωCR 

El sistema oscila a una frecuencia angular ? 0 si a dicha frecuencia la ganancia de lazo es real y de valor unidad. De la condición de que L(jω ) sea real, se obtiene la frecuencia de oscilación:

DEP. D’ENGINYERIA ELECTRÒNICA FACULTAT DE FÌSICA Universitat de València

1


ω0 = y de que el módulo de de que:


1 RC

f 0 =

1 2 πRC

L(jω ) tome el valor 1 a dicha frecuencia se obtiene la condición

R2 = 2 R1 Esta segunda condición se modifica haciendo R2 ligeramente mayor que el valor obtenido en la expresión previa para asegurar el arranque de las oscilaciones. De las expresiones previas ya estamos en condiciones de seleccionar una frecuencia de oscilación y montar el oscilador.

7.2. MATERIAL A UTILIZAR Para realizar la práctica se usarán dos circuitos montados ya en una placa de circuito impreso ( PCB) que se suministrará al alumno al inicio de la misma. En la figura 7.2 se puede observar los dos circuitos que se han de usar y en la figura 7.3 la placa de circuito impreso en la cual están montados ambos circuitos. R10

D3

D1

+Vcc 2k7 S1

R2'

R2

1

18k

4k7

R6

D2

2

C

D

X1

R7

18k

2k7

Rx1

-Vcc A

-Vcc

1

X2

S2 4

R1 10k

2 3

5 U1

2 2

-

4

R5 10k

B

6

3

U2 -

J2 6

1 2

+

UA741

+

UA741 7

1

C1

C3

J1

47nF

7

1

47nF

1 2

R3 +Vcc

5

+Vcc

R8

10k

X3

10k

C2 47nF

R9

C4

10k

47nF

R4

Rx2

X4

10k

D4

R11 -Vcc 2k7

+Vcc

J3 1 2 3

-Vcc

Fig. 7.2 En la parte inferior izquierda de la placa PCB está ubicado el conector J3 en el cual se conecta las tensiones de alimentación de la placa: +Vcc = + 15V, -Vcc = - 15V 15 V y GND.

2

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Fig. 7.3 7.3. PRIMERA CONFIGURACIÓN DEL OSCILADOR DE WIEN. se muestra el circuito de la primera configuración del oscilador Wien a estudiar. Este circuito está ubicado en la parte izquierda de la placa PCB.

En la

figura 7.4

de

D1

R2

R2'

18k

4k7

S1 1 C

D2

2 D

A

-Vcc

1

S2 4

R1 10k

2 3

5

U1 2

-

B

6

+

UA741 7

C1 47nF

1

R3 +Vcc

C2 47nF

J1 1 2

10k

R4 10k

Fig. 7.4 DEP. D’ENGINYERIA ELECTRÒNICA FACULTAT DE FÌSICA Universitat de València

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En esta configuración se elegido para el circuito del oscilador de la siguientes componentes:

figura 7.1

los

R = 10 kΩ , C = 47 nF, R1 = 10 kΩ , R2 = 18 kΩ y R 2’ = 4,7 kΩ Estos componentes en el circuito que se usará en la placa PCB son:

Fig 7.1 • • • • •

R C R1 R2 R2’

Fig. 7.4 = R3 = R4 = 10k = C1 = C2 = 47 nF = R1 = 10k = R2 = 18k = R2’ = 4k7 (POTENCIÓMETRO)

PROCEDIMIENTO: •

En este circuito se empezará por conectar, mediante un cablecillo, los pines marcados como C y B, con lo cual se excluye del circuito a los dos diodos.

•

Conecta a continuación la alimentación de continua a la placa PCB.

•

Conecta el canal 1 del osciloscopio a la salida de este circuito: conector J1

•

Intenta ajustar la oscilación con el potenciómetro R2’

•

Mide la frecuencia de oscilación y compárala con el valor teórico esperado.

EXPLICA A CONTINUACIÓN LOS RESULTADOS OBTENIDOS, QUE DIFICULTADES HAS ENCONTRADO Y EL PORQUÉ DE ESTAS:

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7.4. MÉTODO PARA LIMITAR Y AJUSTAR LA AMPLITUD DE OSCILACIÓN EN LA PRIMERA CONFIGURACIÓN. Uno de los mayores problemas que plantea el funcionamiento del oscilador propuesto en el apartado anterior es conseguir que la amplitud de la oscilación sea estable. Para conseguirlo se han diseñado muchos métodos. En esta configuración se va a probar experimentalmente uno de estos métodos. El método, como se verá a continuación, es una modificación muy simple del circuito que se ha montado previamente. En la figura 7.5 se da la modificación a introducir, que consiste en añadir dos diodos en serie con R2 y R2 ’.

Fig. 7.5 El control de la amplitud de la oscilación se logra por el ajuste de la ganancia que ejerce la variación de la resistencia de los diodos, ya que esta disminuye con la corriente que pasa por ellos según la expresión:

rD =

η 25,6 mV ID

Donde η varia entre 2 y 1, según el valor de ID.

PROCEDIMIENTO: •

Para añadir los diodos al primer montaje del circuito que se está usando en la placa PCB: - Quita el cablecillo que una los pines C y B - Une mediante mediante sendos sendos cablecillos los pines: A con B y C con D

•

Conecta a continuación la alimentación de continua a la placa PCB.


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•

Conecta el canal 1 del osciloscopio a la salida de este circuito: conector J1

•

Intenta ajustar la oscilación con el potenciómetro R2’

•

Mide de nuevo la frecuencia de oscilación y compárala con el valor teórico esperado.

EXPLICA A CONTINUACIÓN LOS RESULTADOS OBTENIDOS Y QUE DIFERENCIAS HAS ENCONTRADO CON RESPECTO A LA PRIMERA VERSIÓN DE ESTA CONFIGURACIÓN DEL OSCILADOR:

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7.5. SEGUNDA CONFIGURACIÓN DEL OSCILADOR DE WIEN. La segunda configuración del oscilador de Wien de que se dispone en la placa está ubicada en la parte derecha de esta, es la que se muestra en la figura 7.6.

PCB PCB,

En esta configuración del oscilador de Wien no hay potenciómetro para ajustar la amplitud de la oscilación. La limitación de la amplitud de la oscilación se consigue mediante la realimentación que introducen D3 , Rx1 y R10 en la semionda negativa y D4, Rx2 y R11 en la semionda positiva . R10

D3

+Vcc 2k7 R6

R7

18k

2k7

X1

Rx1

-Vcc X2 4

R5 10k

2

-

3

+

5

U2

J2 6

UA741 7

1 2 C3

1

47nF +Vcc

R8 X3

10k R9 10k

C4 47nF

Rx2

X4

D4

R11 -Vcc 2k7

Fig. 7.6 Para deducir la amplitud a la que se limita la oscilación, hay que partir del hecho de que la limitación de la amplitud la introducen los diodos cuando empiezan a conducir y reducen la ganancia del amplificador, el diodo de arriba en el pico del semiciclo negativo y el diodo de abajo en el pico del semiciclo positivo.


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Intenta deducir alguna forma de calcular cual va a ser la amplitud de la oscilación. Una vez deducida esta relación comprueba que la amplitud de la oscilación en el circuito es compatible con la obtenida en la expresión teórica, tomando para las resistencias Rx1 y Rx2 un valor de 1k. Estas resistencias se han de obtener en los cajetines del laboratorio e insertarlas:

• •

Rx1 insertarla entre los pines X1 y X2, Rx2 insertarla entre los pines X3 y X4.

Cambia las resistencias de Rx1 y obtenida es nuevamente correcta.

Rx2 por otras de 680Ω

y comprueba que la relación

EXPLICA A CONTINUACIÓN LA RELACIÓN OBTENIDA PARA LA AMPLITUD DE OSCILACIÓN DEL CIRCUITO Y EL CONTRASTE DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE Y TEÓRICAMENTE.

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El oscilador en puente de Wien

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