Oscillatore a ponte di Wien

Appunti di Elettronica, Prof. Aniello Celentano, a.s. 2008/2009
Oscillatore a ponte di Wien
(Max Wien fisico tedesco 1866-1938)
Lo schema dell’oscillatore a ponte di Wien si presenta come nella
figura a lato. Lo schema può essere analizzato considerando che è
un amplificatore non invertente al cui ingresso (non invertente) è
legata una rete selettiva costituita dai due gruppi RC. La rete
selettiva preleva il segnale dall’uscita riportandola in ingresso
tramite un fattore :
= Zp / ( Zs + Zp )
dove Zp è la reattanza parallelo RC e Zs è la reattanza serie RC.
Il criterio di Barkhausen permette di ottenete un’oscillazione
imponendo la condizione A = 1. Questa condizione deve essere
verificata sia per il modulo che per la fase, essendo un’espressione
di tipo complessa. In altre parole, il modulo |A |=1 e la fase
(A )=0. Ossia:
A = [1 + R2/R1] [Zp / ( Zp+Zs ) ]
A = [1 + R2/R1] {1 / [ 3 + sRC + 1/sRC ] }
dove con s si è indicato s=j . Dalla seconda equazione si vede che per ottenere (A )=0 si deve
annullare la parte immaginaria, ossia per sRC + 1/sRC = 0. Da questa si ricava la frequenza a cui
avviene l’oscillazione, cioè fo=1/2 RC. A questa frequenza = 1/3 e poiché deve verificarsi A = 1
si ha che l’amplificazione deve essere A = 3. Da quest’ultima condizione possiamo ricavare le
resistenze R1 ed R2, ossia:
A = ( 1 + R2/R1 ) = 3
R2=2 R1
Pertanto abbiamo le seguenti condizioni da rispettare:
A=3
fo=1 / ( 2 RC )
R2=2 R1
Il guadagno dell’amplificatore non invertente deve
essere 3
Questa è la frequenza a cui oscilla il circuito
Nell’amplificatore non invertente le due resistenze
devo soddisfare questo rapporto
In uno schema pratico è difficile centrare la condizione
R2=2 R1 per cui in serie ad R1 conviene mettere un trimmer
RV tale che la somma di R1 con RV sia superiore alla metà
di R2. Questo fa sì che ruotando il trimmer RV si riesca a
centrare la condizione R2=2R1. Come nello schema riportato
a lato. Come operazionale si può usare il TL081
alimentandolo con +5/-5 volt.
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Usando un integrato TL081 conviene mettere un ulteriore trimmer
per poter regolare la tensione di offset e poter regolare al meglio
l’escursione dell’oscillazione tra -5 e +5 volt. In caso contrario la
sinusoide non è proprio perfetta ma risulta un poco schiacciata o
nel picco negativo o in quello positivo.
Al lato è riportato la piedinatura dell’integrato TL081. Di seguito è
riportato lo schema pratico completo con la regolazione dell’offset.
Che cosa fare
1) Realizzare lo schema elettrico dopo aver reperito tutti componenti necessari
2) Progettare il circuito affinché oscilli alla frequenza di 100 KHz
Frequenze associate alle note musicali