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Oscillatore a ponte di Wien

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Oscillatore a ponte di Wien

Messaggioda Foto Utenteantoniosim » 27 ott 2010, 21:06

Egregio sig isidoro le chiedo scusa se la tedio piu’ del dovuto,ma ho
>bisogno ancora del suo aiuto in quanto ho realizzato un oscillatore a ponte di
>wien.
>Per quanto riguarda il valore di frequenza i calcoli sono abbastanza concordi
>con la simulazione.
>
>Per realizzare il circuito praticamente,in serie ad R2 ho inserito un
>trimmer in serie per innescare l’oscillazione,quindi l’ho ruotato fino all’
>innesco della stessa,(quindi per raggiungere l’innesco vario il guadagno),
>limitando la tensione d’uscita ai 10 volt .
>Volevo sapere se il mio procedere è corretto ed in che modo posso calcolare
>correttamente il valore della tensione d’uscita.
>Per quanto riguarda il con controllo automatico del guadagno,mi puo’
>chiarire meglio il funzionamento dei diodi e come si esegue il corretto
>dimensionamento dei resistori R5 R6 R7 R8. E se è corretto il modo come
>alimento gli A.O. ,poiché praticamente adotto questa configurazione,possedendo
>due alimentatori ad alimentazione singola di 15v
>Vorrei utilizzare la sinusoide del circuito in esame per studiare i trigger di
>Schmitt,e a tal riguardo la domanda che lo pongo è la seguente possedendo un tl
>081 ed un lm 358,è possibile applicare una tensione d’ingresso di 12 volt come
>indicato nel data sheet alla voce input voltage range, e se si che
>accorgimento posso adottare per non danneggiare il circuito integrato.
vorrei chiederle come dimensionare correttamente il fet per farlo lavorarare come vcr,
come puo' vedere dallo schema fetvcr allegato
>Mi rendo conto tra teoria e pratica c'è una grossa differenza,se me lo concede
>oserei chiederle qualche articolo che si occupi dell'elettronica dal punto di
>vista pratico
>Nel ringraziarla per la sua cortesia le porgo i piu’ distinti e cordiali
>saluti
>
Allegati
osciallatorepWien.jpg
osciallatorepWien.jpg (29.12 KiB) Osservato 975 volte
fetvcr.jpg
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[2] Re: Oscillatore a ponte di Wien

Messaggioda IsidoroKZ » 28 ott 2010, 3:05

E` opportuno non rivolgersi specificatamente a una persona del forum quando si chiede qualcosa. Le domande sono in broadcasting, chi vuole risponde.

Ed e` anche opportuno aprire un nuovo thread quando cambia l'argomento.

Di solito non si mette un potenziometro in serie ad R2 per regolare il guadagno. Si scelgono R1 e R2 in modo che il guadagno sia un po' maggiore di 3, che e` il minimo per far oscillare un ponte di Wien. In questo caso il guadagno vale 1+R2/R1=3.2, appena maggiore di 3. Poi si lascia che sia la rete di stabilizzazione dell'ampiezza a ridurre questo fattore.

L'operazionale e` correttamente alimentato.

All'ingresso dello 081 e del 358 si possono applicare tensioni di +/-12V purche' l'operazionale sia alimentato a +/-15V (alimentazione duale). Non sono andato a vedere i data sheet ma direi che dovrebbe andare.

Per l'elettronica analogica pratica suggerirei the Art of Electronics di Hurwitz e Hill, a mio parere molto bello.

E adesso veniamo al calcolo delle 4 resistenze. Purtroppo in modo preciso non lo si puo` fare. Posso pero` dare una giustificazione a spanne (MOLTO a spanne, se si fanno i conti con i numeri vengono risultati molto imprecisi).

Considero solo mezzo circuito, l'altro mezzo funziona in modo analogo nell'altra semionda. Nella figura il circuito A e` quello "dimezzato". Ho anche cambiato il nome delle resistenze, ma il circuito e` quello originale.



L'idea base e` la seguente. Se la tensione di uscita non e` troppo alta, il diodo e` aperto e il circuito equivalente e` il B, in cui il guadagno vale 1+\frac{R_2}{R_1}. Quando la tensione di uscita Vu sale a sufficienza, la tensione Va diventa piu` alta di Vm e il diodo va in conduzione. A questo punto il circuito equivalente per il segnale diventa il C, e il guadagno differenziale, trascurando la resistenza del diodo vale 1+\frac{R_2/\!/R_4}{R_1/\!/R_3}.

Si deve fare in modo che 1+\frac{R_2}{R_1}>3 per garantire l'innesco delle oscillazioni, e che 1+\frac{R_2/\!/R_4}{R_1/\!/R_3}<3 per far si` che la tensione non diverga. E qui e` il casino perche' il sistema e` dinamico (condensatori, descrizione con equazioni differenziali) e stiamo introducendo una non linearita`.

A questo punto con un po' di equazioni si calcola il circuito. La condizione in cui il diodo si accende, e quindi limita il guadagno e` data da quando il suo anodo e` piu` positivo del catodo di una tensione di soglia: V_a-V_m>V_{\gamma}. La tensione del catodo, quando il diodo e` ancora aperto, vale V_m=V_u\frac{R_1}{R_1+R_2}, mentre la tensione di anodo vale
V_a=V_u\frac{R_3}{R_3+R_4}-V_{al}\frac{R_4}{R_3+R_4}.

La prima equazione da risolvere e` quindi
V_u\frac{R_3}{R_3+R_4}-V_{al}\frac{R_4}{R_3+R_4}=V_u\frac{R_1}{R_1+R_2}+V_{\gamma}

In questa equazione si conosce Vgamma, Val, i valori di R1 e R2 (presi a buon senso all'inizio del progetto), si sceglie il valore di ampiezza di uscita Vu a cui si vuole che la rete di stabilizzazione intervenga (ad esempio 8V) e si trova il rapporto R4/R3.

A questo punto si passa alla equzione che descrive il guadagno del circuito C, in cui il diodo e` chiuso,

1+\frac{R_2/\!/R_4}{R_1/\!/R_3}<3

In questa equazione si conoscono R1 e R2, il rapporto R3/R4 e scegliendo un valore minore di tre per il guadagno si determina il valore di R3 ed R4.

Adesso le brutte notizie. Il valore di tensione Vu a cui interviene la rete di limitazione di ampiezza, NON e` l'ampiezza del segnale che si ottiene. Da quel valore di tensione il segnale di uscita continua a crescere un pochino, con una evidente ammaccatura. Il valore esatto dell'ampiezza ottenuta e` complicato da calcolare per formule (eq, differenziale), meglio andare per via numerica.

La seconda brutta notizia e` che questo circuito e` una vera schifezza in termini di distorsione. La rete interviene ad un determinato punto della sinusoide e la ammacca, cioe` la distorce. Tenendo il guadagno "basso" appena sotto 3 (ad esempio 2.8), comunque si ha una distorsione di parecchi percento, e l'ampiezza e` solo debolmente legata al valore Vu di intervento della rete: la tensione di picco in uscita puo` essere il 50% maggiore della tensione di intervento della rete.

Per avere una bassa distorsione bisogna usare un sistema che controlli il guadagno "in media", su tutto il ciclo, non solo sul picco. Serve un circuito come quello con il fet o la lampadina di buona memoria.

Una ottima spiegazione del progetto degli oscillatori a ponte di Wien la si trova nell'application note AN43 della Linear Technology (Jim WIlliams e` un grande!).
IsidoroKZ
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