Los circuitos osciladores producen señales periódicas en la salida. Pueden convertir cualquier señal de CC en señal de CA con diferentes frecuencias según su composición. En este artículo analizaremos el oscilador del puente de Viena, su principio de funcionamiento junto con versiones modificadas y ejemplos.
El oscilador del puente de Viena
El oscilador del puente Wein es la forma orientada en frecuencia del puente de Wheatstone. En su formación de puente, dos brazos contienen sólo resistencias, mientras que los otros dos contienen combinaciones de resistencia y condensador. Uno de los brazos del oscilador de puente consta de un circuito RC en serie con otro circuito RC en paralelo como se muestra a continuación:
Las combinaciones de condensador-resistencia de dos brazos parecen filtros de paso alto y paso bajo, como se identifica en la siguiente figura:
Principio de funcionamiento
Cuando se aplican frecuencias más bajas, los capacitores en serie ofrecen una reactancia muy alta ya que la reactancia de un capacitor es inversamente proporcional a la frecuencia dada por:
Debido a su muy alta reactancia, el condensador se comporta como un circuito abierto y, por lo tanto, la salida permanece cero.
Cuando se aplican frecuencias más altas, los condensadores C1 y C2 ofrecen baja reactancia y actúan como un cortocircuito. En esta situación, la señal de entrada sigue el camino en cortocircuito desde C1 y C2 para regresar al suministro. La tensión de salida también en este caso permanece cero.
Sin embargo, podemos seleccionar un rango de frecuencia media entre una frecuencia muy alta y una frecuencia muy baja, de modo que se puedan evitar tanto las condiciones de circuito abierto como las de cortocircuito. La frecuencia de nivel medio en la que el voltaje de salida parece ser máximo se conoce como frecuencia de resonancia.
Representación grafica
A la frecuencia de resonancia, la magnitud de la salida equivale a casi un tercio del voltaje de entrada. El gráfico, cuando se traza entre la ganancia de salida y el cambio de fase, proporciona una ilustración del avance de fase, el retraso de fase y el punto de resonancia como se muestra a continuación:
En bajas frecuencias, el ángulo de fase muestra +90 grados, lo que indica un avance de fase entre las señales de entrada y salida, mientras que en altas frecuencias, el ángulo de fase se vuelve -90 grados, lo que indica que habrá un retraso de fase entre las señales de entrada y salida. El punto de frecuencia media, fr, indica frecuencias resonantes donde dos señales están en fase entre sí.
En bajas frecuencias, el ángulo de fase muestra +90 grados, lo que indica un avance de fase entre las señales de entrada y salida, mientras que en altas frecuencias, el ángulo de fase se vuelve -90 grados, lo que indica que habrá un retraso de fase entre las señales de entrada y salida. El punto de frecuencia media, fr, indica frecuencias resonantes donde dos señales están en fase entre sí.
Expresión de frecuencia del oscilador
La frecuencia de resonancia se calcula a continuación:
Para frecuencia resonante; R1=R2=R y C1=C2=C:
Oscilador de puente Wein con amplificador operacional
Los osciladores de puente Wein también pueden integrar amplificadores operacionales en su circuito. Los terminales de los amplificadores operacionales están conectados a los dos puntos del oscilador del puente Wein como se muestra a continuación:
La única limitación de esta configuración es la limitación de frecuencias más altas. Los osciladores del puente Wein basados en amplificadores operacionales deben funcionar por debajo de 1 MHz. Esto se debe al hecho de que los puentes Wein son osciladores de baja frecuencia entre 20 Hz y 20 kHz.
Ejemplo
Considere una resistencia de 20 kΩ y un capacitor variable de 10 nf a 2000 nf en el circuito oscilador del puente Wein. Evaluar valores máximos y mínimos de frecuencias de oscilación.
La frecuencia de las oscilaciones viene dada por:
Para la frecuencia más baja, fmin;
Para la frecuencia más alta, fmax:
Conclusión
El oscilador de puente Wein es una combinación de redes de filtros de paso alto y paso bajo. Opera a la frecuencia resonante donde el voltaje de salida parece ser máximo. Por encima y por debajo de esta frecuencia, se mantiene la salida cero.