Mạch dao động tạo ra tín hiệu định kỳ ở đầu ra. Họ có thể chuyển đổi bất kỳ tín hiệu DC nào thành tín hiệu AC với các tần số khác nhau tùy thuộc vào thành phần của nó. Chúng ta sẽ thảo luận về bộ dao động cầu Wien, nguyên lý hoạt động của nó cùng với các phiên bản và ví dụ được sửa đổi trong bài viết này.
Bộ dao động cầu Wien
Bộ tạo dao động cầu Wein là dạng định hướng tần số của cầu Wheatstone. Trong cấu trúc cầu của nó, hai nhánh chỉ chứa điện trở, trong khi hai nhánh còn lại chứa tổ hợp điện trở và tụ điện. Một trong các nhánh của bộ dao động cầu bao gồm một mạch RC nối tiếp với một mạch RC song song khác như hình dưới đây:
Sự kết hợp tụ điện-điện trở của hai nhánh trông giống như các bộ lọc thông cao và thông thấp như được xác định trong hình dưới đây:
Nguyên tắc làm việc
Khi sử dụng tần số thấp hơn, các tụ điện nối tiếp sẽ có điện kháng rất cao vì điện kháng của tụ điện tỷ lệ nghịch với tần số được cho bởi:
Do điện kháng rất cao, tụ điện hoạt động như một mạch hở và do đó đầu ra vẫn bằng không.
Khi sử dụng tần số cao hơn, cả hai tụ điện C1 và C2 đều có điện trở thấp và hoạt động giống như đoản mạch. Trong tình huống này, tín hiệu đầu vào đi theo đường ngắn mạch từ C1 & C2 để trở về nguồn. Điện áp đầu ra vẫn bằng 0 trong trường hợp này.
Tuy nhiên, chúng ta có thể chọn dải tần số trung bình ở giữa tần số rất cao và tần số rất thấp để có thể tránh được cả tình trạng mạch hở và ngắn mạch. Tần số trung bình mà tại đó điện áp đầu ra đạt giá trị tối đa được gọi là tần số cộng hưởng.
Biểu diễn đồ họa
Ở tần số cộng hưởng, cường độ đầu ra bằng gần một phần ba điện áp đầu vào. Biểu đồ, khi được vẽ giữa mức tăng đầu ra và độ lệch pha, cung cấp một minh họa về độ trễ pha, độ trễ pha và điểm cộng hưởng như dưới đây:
Ở tần số thấp, góc pha hiển thị +90 độ, biểu thị độ lệch pha giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra trong khi ở tần số cao, góc pha trở thành -90 độ cho biết sẽ có độ trễ pha giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra. Điểm tần số trung bình, fr biểu thị tần số cộng hưởng trong đó hai tín hiệu cùng pha với nhau.
Ở tần số thấp, góc pha hiển thị +90 độ, biểu thị độ lệch pha giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra trong khi ở tần số cao, góc pha trở thành -90 độ cho biết sẽ có độ trễ pha giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra. Điểm tần số trung bình, fr biểu thị tần số cộng hưởng trong đó hai tín hiệu cùng pha với nhau.
Biểu thức tần số dao động
Tần số cộng hưởng được tính như sau:
Đối với tần số cộng hưởng; R1=R2=R & C1=C2=C:
Bộ tạo dao động cầu Wein với Op-Amp
Bộ tạo dao động cầu Wein cũng có thể tích hợp op-amps trong mạch của chúng. Các cực của op-amps được kết nối với hai điểm của bộ dao động cầu Wein như hình dưới đây:
Hạn chế duy nhất của cấu hình này là giới hạn tần số cao hơn. Bộ tạo dao động cầu Wein dựa trên op-amps phải hoạt động ở tần số dưới 1 MHz. Điều này là do cầu Wein là bộ dao động tần số thấp trong khoảng từ 20Hz đến 20kHz.
Ví dụ
Xét một điện trở 20kΩ và một tụ điện thay đổi từ 10nf đến 2000nf trong mạch dao động cầu Wein. Tính giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần số dao động.
Tần số dao động được cho bởi:
Đối với tần số thấp nhất, fmin;
Đối với tần số cao nhất, fmax:
Phần kết luận
Bộ tạo dao động cầu Wein là sự kết hợp giữa mạng lọc thông cao và thông thấp. Nó hoạt động ở tần số cộng hưởng nơi điện áp đầu ra dường như là tối đa. Trên và dưới tần số này, đầu ra bằng 0 được duy trì.