Osciladores R-C clásicos: la red Bridged-T y la red de osciladores Wien

Obtenga más información sobre estas dos topologías de red de oscilador clásicas, incluidas sus simulaciones.

Si está buscando diseñar un oscilador sinusoidal sintonizable de baja distorsión que cubra el audio y las bajas frecuencias de radio, es muy probable que primero considere algunos de los osciladores RC clásicos que se encuentran en los libros de texto durante décadas, como aquellos con un circuito de retroalimentación alrededor del Redes Wien o Bridged-T.

Estas redes R-C proporcionan un cambio de fase que varía con la frecuencia, de modo que en una frecuencia particular el cambio de fase total alrededor de un circuito de retroalimentación es cero. La ganancia alrededor del circuito de retroalimentación activa que rodea la red supera la atenuación de la red R-C pasiva, y la oscilación se estabiliza en la frecuencia de cambio de fase cero.

En este artículo, veremos estas redes clásicas y analizaremos algunas de sus limitaciones.

Las redes de osciladores clásicos

Aquí, revisaremos algunos esquemas básicos de osciladores construidos alrededor de las redes Wien y Bridged-T clásicas usando, por ejemplo, resistencias variables de doble gango para sintonización.

Las Figuras 1 y 2 muestran un circuito de retroalimentación activa con la estabilización de amplitud de bulbo incandescente introducida por L.A.Meacham en 1938 y utilizada en el HP 201A:

Figura 1. Esquema básico de un oscilador construido alrededor de la red Wien clásica.

Para la red Bridged-T, α es un factor de diseño mayor que uno, y típicamente de dos a cuatro:

Figura 2. Esquema básico de un oscilador construido alrededor de la clásica red Bridged-T

Con una pequeña teoría de circuitos, podemos deducir que las frecuencias de cambio de fase cero para las redes Wien y Bridged-T son las siguientes, respectivamente:

• Red de Viena: $$ f_ {osc} = frac {1} {2 pi {RC}} $$
• Red Bridged-T: $$ f_ {osc} = frac {1} {2 pi sqrt { alpha} RC} $$

La atenuación a través de las redes en estas frecuencias resonantes son factores de 3 y $$ frac {2+ alpha} {2} $$, respectivamente.

La red Wein realiza un filtro de paso de banda y la red Bridged-T un filtro de rechazo de banda, y esta diferencia explica la diferencia en la polaridad de retroalimentación y la colocación del bulbo para que la amplitud se estabilice.

Centrándose en las redes clásicas Wien y Bridged-T en los cuadros sombreados en estos esquemas, las simulaciones SPICE de la magnitud y fase de su función de transferencia sinusoidal $$ frac {V_ {OUT}} {V_ {IN}} $$ como La función de frecuencia se representa en las Figuras 3 y 4.

Figura 3. Resultados de simulación para la red Wien con R = 10kΩ, C = 10nF

Las líneas discontinuas en estos gráficos marcan la frecuencia de oscilación donde las líneas de fase verde pasan a través de cero grados. Los puntos donde las líneas punteadas golpean las líneas rojas de magnitud marcan la atenuación que la ganancia de retroalimentación debe superar. Un factor de atenuación de 3 para la red Wien se lee como una magnitud de -9.5 dB en la Figura 3.

La red Bridged-T se simula con un valor típico de $$ alpha = 4 $$. Con estos valores, la atenuación en la resonancia es $$ frac {2+ alpha} {2} = 3 $$ como en la red de Viena.

Figura 4. Resultados de simulación para la red Bridged-T con R = 10kΩ, C = 10nF, α = 4

El problema con los circuitos osciladores R-C

Pero sintonizar estas redes clásicas en un amplio rango de frecuencia es difícil en la práctica.

En todos estos circuitos, al menos dos resistencias o dos condensadores deben variarse, y las variaciones deben seguir muy de cerca para mantener constante la atenuación de la red con la frecuencia.

Por ejemplo, en el legendario instrumento oscilador Modelo 201A basado en la red Wien, Hewlett-Packard usó un condensador variable de múltiples secciones de gran tamaño para mantener este seguimiento cercano. Las resistencias variables de doble ganga son más pequeñas, pero bastante caras cuando se construyen para mantenerse cerca. A menos que la atenuación de la red se mantenga constante sobre la frecuencia, la amplitud de salida del oscilador variará sobre su rango de sintonización, una propiedad indeseable para un instrumento de prueba.

Una posible solución: la red Sulzer

Hay una opción que muchos ingenieros no saben que tienen: la red de osciladores Sulzer.

En mi artículo sobre el tema, veremos la compleja red creada por Sulzer y la compararemos con los resultados que hemos obtenido aquí de las redes Wien y Bridged-T.