73402371 el-oscilador-en-puente-de-wien

LIC. EN FÍSICA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA Curso 03-04

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

PRÁCTICA 7.

EL OSCILADOR EN PUENTE DE WIEN

LIC. EN FÍSICA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA Curso 03-04 PRÁCTICA 7ª

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

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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:

ω−ω+

=ωβ

CR1

CRj3

1)j(

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

1

2

RR

1)j(A +=ω

Por tanto la ganancia de lazo, L(jω) = β (jω) A(jω), será:

ω−ω+

+=ω

CR1

CRj3

RR

1)j(L 1

2

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:

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA LIC. EN FÍSICA PRÁCTICA 7ª Curso 03-04

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

2

RC21

fRC1

00 π==ω

y de que el módulo de L(jω) tome el valor 1 a dicha frecuencia se obtiene la condición de que:

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.

+Vcc+Vcc

+Vcc

+Vcc

-Vcc

-Vcc

-Vcc

-Vcc

+

-

U1

UA741

3

26

7 14 5

R1

10k

R2

18k

R2'

4k7

D2

C1

47nF

C2

47nF

R3

10k

R4

10k

J1

12

R9

10k

R7

2k7

R6

18kRx1

D3

D4

R5

10k

J2

12

D1

R8

10k

C4

47nF

R10

2k7

R11

2k7

J3

123

+

- U2

UA7413

26

7 14 5

Rx2

C3

47nF

S2

12

S11 2

C D

A

B

X1

X2

X3

X4

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 y GND.



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Fig. 7.3 7.3. PRIMERA CONFIGURACIÓN DEL OSCILADOR DE WIEN. En la figura 7.4 se muestra el circuito de la primera configuración del oscilador de Wien a estudiar. Este circuito está ubicado en la parte izquierda de la placa PCB.

Fig. 7.4

+Vcc

+Vcc

-Vcc

+

-

U1

UA7413

26

7 14 5

R1

10k

R2

18k

R2'

4k7

D2

C147nF

C2

47nF

R3

10k

R4

10k

J1

12

D1

S21

2

S11 2

C D

A

B



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En esta configuración se elegido para el circuito del oscilador de la figura 7.1 los siguientes componentes:

R = 10 kΩ , C = 47 nF, R1 = 10 kΩ , R2 = 18 kΩ y R2’ = 4,7 kΩ Estos componentes en el circuito que se usará en la placa PCB son: Fig 7.1 Fig. 7.4

• R = R3 = R4 = 10k • C = C1 = C2 = 47 nF • R1 = R1 = 10k • R2 = R2 = 18k • R2’ = 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:

DD I

mV6,25r

η=

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 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 PCB, está ubicada en la parte derecha de esta, es la que se muestra en la figura 7.6. 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.

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.

+Vcc

+Vcc

-Vcc

-Vcc

R9

10k

R7

2k7

R6

18kRx1

D3

D4

R5

10k

J2

12

R8

10k

C4

47nF

R10

2k7

R11

2k7

+

- U2

UA7413

26

7 14 5

Rx2

C3

47nF

X1

X2

X3

X4



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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 Rx2 por otras de 680Ω y comprueba que la relación obtenida es nuevamente correcta. 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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