GENERADOR DE ONDA SENOIDAL Un Generador de onda senoidal, es un oscilador RC de baja frecuencia, también conocido como Oscilador Puente de Wien. Un Oscilador de Puente de Wien, es un tipo de oscilador que genera ondas senoidales sin necesidad de ninguna señal de entrada. Las propiedades de selección de frecuencias del Puente de Wien son muy adecuadas para la red de realimentación de un oscilador. Este circuito se utiliza mucho en los instrumentos de laboratorio de frecuencia variable (generadores de señales). A diferencia del Oscilador por Corrimiento de Fase, tiene menos componentes y el ajuste de la frecuencia de oscilación es más fácil, motivo por el cual es más utilizado.
El circuito básico consta de un amplificador operacional y el puente está compuesto por cuatro resistencias y dos condensadores. Hay una red de adelanto/atraso compuesta de dos redes RC, una serie y otra paralelo. Para el análisis de este circuito se debe aplicar el criterio de oscilación para determinar la frecuencia y la condición de oscilación.
FUNCIONAMIENTO y CÁLCULOS
Para los cálculos, se considerará el amplificador operacional como ideal (Ri= y R0=0). ∞
La ganancia del circuito será:
Se supondrá que el amplificador operacional es ideal, luego:
Por lo tanto:
Se desarrolla esa ecuación:
Como antes se calculó que la ganancia es:
Se obtiene que:
Ahora se analizará el lazo de realimentación no inversor. Para ello, primero se calcularán las impedancias del circuito. Para este análisis, se tendrá en cuenta que en este circuito se debe cumplir la siguiente condición:
Por lo tanto, la impedancia debido al paralelo de R1 con C2 (Z1) es:
Y la impedancia debido al serial entre R2 y C1 (Z2) es:
Dado que el amplificador operacional es considerado ideal (IB=0), se obtiene lo siguiente:
Se desarrolla esa ecuación que permitirá hallar el β de la red de realimentación:
Sustituyendo las ecuaciones de las impedancias en la ecuación anterior, se consigue:
Considerando que:
Y sustituyéndola en la ecuación de Va:
Considerando que:
La ecuación de Va queda así:
Simplificando se conseguirá el valor de β:
En consecuencia, la Ganancia del amplificador deberá ser 3. Y ésta es una de las claves de este circuito, la efectiva estabilización de la amplitud. Luego, aplicando el criterio de oscilación:
Y siendo los valores de A y β los siguientes:
Se obtiene la Condición de Oscilación:
En la práctica se debe cumplir la condición “mayor o igual”, debido a que en el análisis teórico se ha considerado que el AO es ideal, y no debe estar en exceso a la condición teórica, porque si la ganancia del amplificador es muy alta, el AO se puede saturar y la onda de salida constituye una sinusoide recortada, aproximándose a una onda cuadrada. Por otro lado, la frecuencia de oscilación se obtiene desde la siguiente condición:
De donde se obtiene la Frecuencia de Oscilación:
FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO A DISTINTAS FRECUENCIAS La salida de la red de realimentación se comporta de la siguiente manera:
Si f
Si f=f0 : la ganancia de tensión es d e 1/3 (máxima) y no hay corrimiento de fase.
Si f>f0 : la red de realimentación y el desfase serán según la frecuencia.
MULTISIM GENERADOR DE ONDA SENOIDAL →
A continuación se muestra el Generador de Onda Senoidal realizado con el programa Multisim de National Instruments:
Teniendo en cuenta que en el circuito anterior se cumple la siguiente condición:
La frecuencia de oscilación de este circuito se define mediante la siguiente expresión:
Por lo tanto, teniendo en cuenta los datos del circuito:
La frecuencia de oscilación de la señal de salida de este circuito es:
SIMULACIONES En las siguientes simulaciones, la señal roja es la salida del circuito (Channel A) y la señal azul es la VC (Channel B).
Con tensiones de alimentación de +10 V y -10 V, la gráfica que se consigue es:
Observar que la salida es una señal senoidal. En la columna Time, se puede ver que el periodo de la señal generada es de 69.476μs, por lo que la frecuencia de oscilación es:
Con tensiones de alimentación de +5 V y -5 V, la gráfica que se consigue es:
Observar que la salida es una señal senoidal. En la columna Time, se puede ver que el periodo de la señal generada es de 67.882μs, por lo que la frecuencia de oscilación es:
