Oscilator sinusoidal de audiofrecvență

Introducerea

Dupa cum mentioneaza si titlul, in cadrul acestui proiect se urmareste realizarea unui oscilator sinusoidal in domeniul frecventelor audio folosind un circuit electronic ce poate produce oscilatii controlate, reteaua Wien.

Schema retelei este foarte simpla, fiind alcatuita dupa cum se vede si mai jos din doua rezistoare si doua condensatoare.

R1 si C1 Constituie o retea tip trece-sus ceea ce introduce un defazaj pozitiv, iar R2 si C2 constituie o retea de tip trece-jos inducand un defazaj negativ.

Cele doua impedante ce apar au expresiile:

ceea ce duce la urmatoarea functie de transfer:

Anuland partea imaginara se obtine frecventa la care defazajul este nul:

Cum in general R1=R2=R si C1=C2=C, la frecventa de defazaj nul, functia de transfer are valoarea maxima U2/U1=1/3, ceea ce implica o atenuare minima, g=U1/U2=3.

Conectand reteaua Wien la un amplificator, acesta trebuie sa realizeze o amplificare a semnalului cel putin egala cu atenuarea minima a retelei, in caz contrar oscilatiile ajungand sa dispara cu timpul. Intrucat defazajul introdus de retea este nul (la frecventa f0) este necesar ca si amplificatorul sa introduca un defazaj egal cu 2kp, ceea ce implica folosirea unui numar par de tranzistoare, de obicei doua.

Pentru obtinerea unui semnal cu distorsiuni mici, oscilatorul trebuie mentinut la limita de amorsare a oscilatiilor; aceasta deoarece reteaua Wien distorsioneaza puternic semnalul, la depasirea limitei de amorsare. Armonicele semnalului sunt insuficient filtrate de retea si este nevoie doar de o mica variatie a amplificarii pentru ca oscilatiile sa inceteze sau sa creasca atat de mult incat sa fie limitate de caracteristica de neliniaritate a tranzistoarelor.

Intrucat amplificarea depinde de frecventa, este necesara aplicarea unei reactii negative pentru stabilizarea amplificarii, asa cum se vede in dreapta. In acest fel amplitudinile oscilatiilor nu vor ajunge dincolo de zona liniara a tranzistoarelor, deci etajele de amplificare vor lucra in clasa A. Prin introducerea unei reactii negative apare o noua relatie intre atenuarea retelei, amplificarea A si coeficientul de reactie negativa K:

Intrucat amplificarea A este de ordinul sutelor, putem considera coeficientul de reactie negativa aproximativ egal cu 1/3. In acest fel amplificarea globala este redusa de la cateva sute la 3. Amplificarea trebuie insa sa fie constanta in domeniul de frecvente ales pentru a nu introduce defazaje suplimentare. Stabilizarea amplitudinii se poate face printr-un circuit de reactie negativa cu o rezistenta neliniara; schema de principiu a unui astfel de circuit este prezentata in stanga.

Reteaua Wien realizeaza o reactie pozitiva selectiva de la iesirea amplificatorului A la intrarea 1 neinversoare de faza a lui. Reactia negativa se aplica prin divizorul format de rezistentele r si r la intrarea 2 inversoare de faza a amplificatorului. Se constata ca reteaua Wien si rezistentele r si r formeaza o punte. Pentru generarea oscilatiilor este necesar ca puntea sa fie neechilibrata. Tensiunea care se aplica intre intrarile 1 si 2 este egala cu diferenta dintre tensiunile U3 si U4, adica U1=U3-U4. Daca amplitudinea oscilatiilor U2 creste, cresc si tensiunile de reactie pozitiva U3 si reactie negativa U4.Cresterea tensiunii U4 trebuie sa fie mai mare decat a tensiunii U3, astfel incat micsorarea tensiunii rezultante U1 sa duca la revenirea la valoarea initiala a tensiunii U2. Aceasta crestere suplimentara a tensiunii U4 se poate realiza utilizand o rezistenta neliniara in locul uneia din rezistentele r si r. In cazul in care r este o rezistenta neliniara cu coeficient pozitiv de temperatura rezistenta ei va creste odata cu marirea valorii curentului care il parcurge, iar daca r este o rezistenta neliniara cu coeficient negativ de temperatura, rezistenta acesteia va scadea cu marirea valorii curentului. In ambele situatii se va obtine o marire suplimentara a tensiunii de reactie negativa U4 si, in acest fel o limitare a cresterii amplitudinii oscilatiilor. Invers, daca tensiunea U2 scade, se va micsora curentul prin rezistentee r si r, deci tensiunea U4 se reduce astfel incat cresterea tensiunii U1 sa compenseze scaderea initiala a tensiunii U2, realizandu-se astfel stabilizarea amplitudinii semnalului general.