OSCILADOR PUENTE DE WIEN
MANUEL HERNANDO NOVOA ROJAS HOLMAN FERLEY MORALES LEON LUIS FERNANDO RAMIREZ SANCHEZ DIEGO ARMANDO CORDOBA TRIVIÑO
UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO INGENIERIA ELECTROMECANICA VILLAVICENCIO – META 2016
OSCILADOR PUENTE DE WIEN
MANUEL HERNANDO NOVOA ROJAS CÓDIGO: 21131316194 HOLMAN FERLEY MORALES LEON CODIGO: 21131529581 LUIS FERNANDO RAMIREZ SANCHEZ CODIGO: 21131317374 DIEGO ARMANDO CORDOBA TRIVIÑO CODIGO: 21131315687
Asignatura ELECTRONICA INDUSTRIAL Docente ING. JAVIER MARTINEZ
UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO INGENIERIA ELECTROMECANICA VILLAVICENCIO – META 2016
RESUMEN
En este documento se recoge todo la información necesaria para la elaboración de un circuito electrónico “oscilador puente de Wien” cuyo objetivo principal es lograr una frecuencia de 25KHz, partir de convertir una señal DC, en una señal que varía de forma periódica en el tiempo, con sólo el voltaje de alimentación de DC como entrada Puente de Wien, también conocido como Oscilador sinusoidal RC que implementa retroalimentación positiva (Circuito resonante) y retroalimentación Negativa (División de Tensión) circuito resonante de "Adelanto-Atraso". Para el desarrollo de este laboratorio es necesario realizar diferentes cálculos en busca de los valores adecuados para los elementos que componen el circuito, basado en resistencias, capacitores y amplificador. Técnicamente esta clase de circuitos nos permite realizar este tipo de pruebas y/o laboratorios que en nuestro entorno se ven aplicados en generadores de audio y en aplicaciones de bajas frecuencias.
TABLA DE CONTENIDO
1.
INTRODUCCION ___________________________________________________________________ 1
2.
OBJETIVOS _______________________________________________________________________ 2
2.1 GENERAL __________________________________________________________________ ______ 2.2 ESPECIFICOS __________________________________________________________________ __ 3.
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MATERIALES ______________________________________________________________________ 6
4,1 PROTOBOARD O BREADBORD ____________________________________________ _____________ 4,2 AMPLIFICADOR OPERACIONAL LF-353 __________________________________________________ 4,3 RESISTENCIAS _____________________________________________________________________ 4,4 CONDENSADORES __________________________________________________________________ 4,5 OSCILOSCOPIO ___________________________________________________________________ __ 4,6 MULTÍMETRO_________________________________________________________________ ______ 4,7 KIT DE HERRAMIENTAS ELECTRÓNICA _______________________ _______________________ _____ 5.
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MARCO TEORICO _________________________________________________________________ 3
3.1 OSCILADOR DE PUENTE DE WIEN _______________________ _______________________ _________ 3.2 G ANANCIA DE UN OSCILADOR PUENTE DE WIEN __________________________________________ 3.3 RED DE REALIMENTACIÓN Y DESFASE DE UN OSCILADOR PUENTE DE WIEN ____________________ 4.
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6 6 7 7 8 8 9
PROCEDIMIENTO _________________________________________________________________ 10
CUANDO EL PUENTE ESTÁ EN EQUILIBRIO SE ESTABLECEN LOS SIGUIENTES PARÁMETROS : _______ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
6.
RESULTADOS ____________________________________________________________________ 13
6,1 D ATOS OBTENIDOS: ________________________________________________________________ 6,2 GRÁFICAS Y/O REGISTRO FOTOGRÁFICO _______________________________________________ 6,3 ANÁLISIS DE ERRORES : _____________________________________________________________
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7.
APLICACIONES __________________________________________________________________ 15
8.
CONCLUSIONES _________________________________________________________________ 16
9.
BIBLIOGRAFIA ___________________________________________________________________ 17
1. INTRODUCCION
En electrónica un oscilador de puente de Wien es un tipo de oscilador que genera ondas sinusoidales sin necesidad de ninguna señal de entrada. Este puede generar un amplio rango de frecuencias, es un circuito oscilador típico tanto para pequeñas frecuencias como para frecuencias moderadas, en el rango de 5 Hz a 1 MHz. Se usa casi siempre en los generadores de audio comerciales y generalmente se prefiere en otras aplicaciones de bajas frecuencias. El oscilador en puente de Wien produce una onda sinusoidal casi perfecta en la salida como sucede con cualquier oscilador, funciona debido a que la ganancia en lazo es mayor que 1 a la frecuencia de resonancia. Una lámpara de tungsteno u otra resistencia no lineal se utiliza para reducir la ganancia en lazo a 1. El puente está compuesto de cuatro resistencias, dos condensadores y un amplificador operacional, si es de nuestra preferencia podemos incluir un potenciómetro con el cual se podrá variar la onda de salida.
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2. OBJETIVOS
2.1 GENERAL
Implementar un circuito oscilador puente de Wien con amplificador LF353P con el fin de obtener una frecuencia de 24,5KHz.
2.2 ESPECIFICOS
Conocer y aprender a desarrollar las ecuaciones que nos permiten calcular el valor de los elementos a utilizar.
Interactuar con los elementos que componen un circuito oscilador puente de Wien con el fin de conocer un poco más sus características.
Entender al amplificador operacional como oscilador.
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3. MARCO TEORICO
3.1 Oscilador puente de Wien
El circuito oscilador puente de Wien está basado en un puente originalmente desarrollado por Max Wien en 1891. El circuito moderno está derivado de la tesis final de William Hewlett, para obtener el máster en la Universidad de Stanford. Hewlett, junto con David Packard fundaron la empresa Hewlett-Packard. Su primer producto fue el HP 200A, un oscilador de ondas sinusoidales de precisión basado en el puente de Wien. El 200A se convirtió en un instrumento electrónico clásico conocido por su baja distorsión. La frecuencia de oscilación está dada por: Estabilización de amplitud la clave del oscilador de baja distorsión de Hewlett es una efectiva estabilización de amplitud. La amplitud de los osciladores electrónicos tiende a aumentar hasta que la señal es recortada o se alcanza alguna limitación de ganancia. Esto lleva a una distorsión de los armónicos de frecuencias altas, lo que en la mayoría de los casos es un efecto indeseado. Hewlett usó una lámpara incandescente en la realimentación del oscilador para limitar la ganancia. La resistencia de las lámparas incandescentes (así como otros elementos similares que producen calor) aumenta a medida que su temperatura aumenta. Si la frecuencia de oscilación es significativamente superior que la constante térmica del elemento que produce calor, la potencia irradiada será proporcional a la potencia del oscilador. Debido a que los elementos que producen calor son cuerpos negros, estos siguen la Ley de Stefan-Boltzmann. La potencia irradiada es proporcional a T4, por lo que la resistencia aumenta a una mayor proporción que la amplitud de la señal. Si la ganancia es inversamente proporcional a la amplitud de la oscilación, la ganancia del oscilador alcanza un estado estable en dónde opera como un amplificador de clase A casi ideal, logrando de esta manera una baja distorsión. Para construir un oscilador sinusoidal se requiere de un amplificador de realimentación positiva. La idea es usar la señal de realimentación a cambio de la habitual de entrada del amplificador, si la señal de realimentación es suficientemente grande y tiene la fase correcta, habrá una señal de salida, incluso cuando no existe una señal externa este ya tiene una salida por los componentes que lo conforman, en otras palabras el oscilador ya tiene una salida por la resistencia que se cargan con el medio ambiente generando una tensión de ruido lo que pretendemos con este proyecto es variarla.
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El oscilador de puente de Wien, es un circuito oscilador típico tanto para pequeñas frecuencias como para frecuencias moderadas en el rango de 5Hz hasta 1MHz, su uso más frecuente en los generadores de audio comerciales y otras aplicaciones de pequeñas frecuencias. Diagrama
3.2 Ganancia de un oscilador Puente de Wien
La ganancia del amplificador está dada por las resistencias R1 y R2. La ganancia que debe tener este amplificador debe compensar la atenuación causada por las redes RC (red de realimentación positiva conectada a la patilla no inversora del amplificador operacional).
Esta ganancia debe estar por encima de 1 para asegurar la oscilación. La ganancia se obtiene con la primera fórmula. Como la ganancia debe ser mayor que 1, la ecuación se simplifica y se obtiene la segunda fórmula:
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Ver que esto se dé, el cociente de R2 y R1 debe ser igual o mayor que 2. 3.3 Red de realimentación y desfase de un oscilador Puente de Wien
La salida de la red de realimentación se comporta como se muestra en los siguientes puntos:
Para frecuencias por debajo la frecuencia de oscilación, la atenuación es grande y la fase se adelanta 90° A la frecuencia de resonancia, la ganancia de tensión es de 1/3 (máxima) y no hay corrimiento de fase. Para frecuencias por encima de la frecuencia de oscilación, la atenuación es grande y la fase se atrasa 90°.
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4. MATERIALES
4,1 Protoboard o Breadbord
Es un tablero con orificios, en la cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar circuitos. Como su nombre lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos, con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo. Básicamente un Protoboard se divide en tres regiones; Canal central, buses y pistas
4,2 Amplificador operacional LF-353
Un amplificador operacional, a menudo conocido op-amp por sus siglas en inglés (operational-amplifier) es un dispositivo amplificador electrónico de alta ganancia acoplado en corriente continua que tiene dos entradas y una salida. En esta configuración, la salida del dispositivo es, generalmente, de cientos de miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus entradas.
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4,3 Resistencias
Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.
4,4 Condensadores
Un condensador eléctrico (también conocido frecuentemente con el anglicismo capacitor , proveniente del nombre equivalente en inglés) es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío . Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
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4,5 Osciloscopio
Un osciloscopio es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje THRASHER" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.
4,6 Multímetro
Un multímetro, también denominado polímetro, o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas, como corrientes y potenciales (tensiones), o pasivas, como resistencias, capacidades y otras, utilizado tanto en corriente continua o alterna.
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4,7 Kit de herramientas electrónica
Instrumentos utilizados para manipular y/o modificar los elementos de un circuito electrónico y posteriormente realizar el montaje de los mismos.
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5. PROCEDIMIENTO
Cálculo matemático para la compra de materiales: utilizando las formulas
predeterminadas se realiza el cálculo del circuito de acuerdo a los valores propuestos. Igualando los términos semejantes obtenemos:
3 1 2 = + 4 2 1 Si hacemos que W= 2πf, entonces :
=
1 2√ 1122
Selección de valores: R1=R2; C1=C2 y R3/R4=3. Si se garantizan estas igualdades la frecuencia se determinará así:
=
1 2
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Hallamos el valor de los capacitores comercialmente el valor más cercano a este es 130pF
A lis tamiento de materiales y herramientas : Una vez realizado los cálculos y
asegurando que son comerciales se procede a la compra de cada uno de los componentes
Montaje en Protoboard: Se procede a la instalación de los elementos
predeterminados; resistencias, condensadores, y amplificador operacional en la Protoboard se colocan los componentes de acuerdo al diagrama unifilar
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Probar el voltaje de equilibrio de un circuito oscilador puente de Wien, con multímetro digital AC: de acuerdo a los cálculos matemáticos cuando el puente esta en equilibrio se mide un voltaje de 0,25v siendo este el calculado. S imular el ci rc uito en el prog rama Multis in profes ional: Esto con el fin de
visualizar la frecuencia obtenida que debe de ser igual a la calculada: se asegura que la frecuencia calculada sea la mostrada en el osciloscopio.
Variación de frecuencia o resistencias para observar cambios en la onda mostrada: para tener una forma de comprobar el circuito se cambian las
resistencias para ver como automáticamente varía la frecuencia
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6. RESULTADOS 6,1 Datos obtenidos:
Se pudo obtener una frecuencia de 24.5KHz con las señales que se generan en el entorno. El circuito oscilador puente de Wien funciona sin una señal de entrada. El circuito funciona con una alimentación máxima de 18v. El circuito logra estar en equilibrio. Se puede verificar que los datos obtenidos no se relacionan siempre, con los valores de los componentes más comerciales.
6,2 Gráficas y/o registro fotográfico
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6,3 Análisis de errores:
Con la elaboración de este laboratorio pudimos concluir que para hacer la simulación se debe utilizar el simulador Multisin ya que con el simulador Proteus no es posible visualizar la onda senoidal y por lo tanto no podemos obtener el resultado requerido que en este caso es la frecuencia con que se desplaza la onda generada por la señal que entra al osciloscopio.
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7. APLICACIONES
Un Oscilador en puente de Wien es aquel oscilador típico para frecuencias pequeñas a moderadas en el intervalo de 5 Hz a 1 MHz. Casi siempre se usa en generadores de audio comerciales y generalmente se prefiere en otras aplicaciones de baja frecuencia. El oscilador en puente de Wien produce una onda sinusoidal casi perfecta en la salida. Como sucede con cualquier oscilador, funciona debido a que la ganancia en lazo es mayor que 1 a la frecuencia de resonancia. Una lámpara de tungsteno u otra resistencia no lineal se utiliza para reducir la ganancia en lazo a 1.
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8. CONCLUSIONES
Se logró con satisfacción armar el circuito de oscilación puente de Wien con un amplificador LF353, se pudo comprobar el buen funcionamiento del mismo y por consiguiente, se obtuvo con un error mínimo los datos deseados y propuestos para la elaboración de este laboratorio Se pudo determinar que el oscilador puente de Wien a diferencia de otros circuitos osciladores funciona sin una señal de entrada de igual manera pudimos obtener una señal de salida únicamente con las propiedades que aportan los elementos que componen dicho circuito y las señales que se generan en nuestro entorno ejemplo las señales que genera el sonido Pudimos determinar que un amplificador operacional LF353 es un amplificador diferencial de muy alta ganancia e impedancia de entrada y baja impedancia de salida
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9. WEBGRAFIA
-http://www.monografias.com/trabajos13/tratot/tratot.shtml#CONCLU#ixzz48YbBtb -http://www.monografias.com/trabajos13/tratot/tratot.shtml#ixzz48NmQW3BC - http://www.geoagle.com - http://www.frino.com.ar/micros.htm - http://www.microchip.com - http://www.unicrom.com - http://www.monografias.com/trabajos13/tratot/tratot.shtml - http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilador
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