Rangkaian osilator menghasilkan sinyal periodik pada keluarannya. Mereka dapat mengubah sinyal DC apa pun menjadi sinyal AC dengan frekuensi berbeda tergantung komposisinya. Osilator jembatan Wien, prinsip kerjanya beserta versi modifikasi dan contohnya akan kita bahas di artikel ini.
Osilator Jembatan Wien
Osilator jembatan Wein adalah bentuk jembatan Wheatstone yang berorientasi frekuensi. Dalam formasi jembatannya, dua lengan hanya berisi resistansi, sedangkan dua lengan lainnya berisi kombinasi resistansi dan kapasitor. Salah satu lengan osilator jembatan terdiri dari rangkaian RC seri dengan rangkaian RC paralel lainnya seperti gambar di bawah ini:
Kombinasi kapasitor-resistor dari dua lengan terlihat seperti filter lolos tinggi dan lolos rendah seperti yang diidentifikasi pada gambar di bawah ini:
Prinsip bekerja
Ketika frekuensi yang lebih rendah diterapkan, kapasitor seri menawarkan reaktansi yang sangat tinggi karena reaktansi kapasitor berbanding terbalik dengan frekuensi seperti yang diberikan oleh:
Karena reaktansi yang sangat tinggi, kapasitor berperilaku seperti rangkaian terbuka dan oleh karena itu keluarannya tetap nol.
Ketika frekuensi yang lebih tinggi diterapkan, kedua kapasitor C1 & C2 menawarkan reaktansi rendah dan bertindak seperti arus pendek. Dalam situasi ini, sinyal masukan mengikuti jalur hubung singkat dari C1 & C2 untuk kembali ke suplai. Tegangan keluaran juga tetap nol dalam kasus ini.
Namun, kita dapat memilih rentang frekuensi menengah antara frekuensi sangat tinggi dan frekuensi sangat rendah, sehingga kondisi hubung terbuka dan hubung singkat dapat dihindari. Frekuensi tingkat menengah di mana tegangan keluaran tampak maksimum dikenal sebagai frekuensi resonansi.
Representasi grafis
Pada frekuensi resonansi, besarnya keluaran sama dengan hampir sepertiga tegangan masukan. Grafik tersebut, ketika diplot antara penguatan keluaran dan pergeseran fasa, memberikan ilustrasi kemajuan fasa, penundaan fasa, dan titik resonansi seperti yang ditunjukkan di bawah ini:
Pada frekuensi rendah, sudut fasa menunjukkan +90 derajat, menunjukkan kemajuan fase antara sinyal input dan output sedangkan pada frekuensi tinggi, sudut fasa menjadi -90 derajat menunjukkan akan ada penundaan fase antara sinyal input dan output. Titik frekuensi tengah, fr menunjukkan frekuensi resonansi dimana dua sinyal berada dalam fase satu sama lain.
Pada frekuensi rendah, sudut fasa menunjukkan +90 derajat, menunjukkan kemajuan fase antara sinyal input dan output sedangkan pada frekuensi tinggi, sudut fasa menjadi -90 derajat menunjukkan akan ada penundaan fase antara sinyal input dan output. Titik frekuensi tengah, fr menunjukkan frekuensi resonansi dimana dua sinyal berada dalam fase satu sama lain.
Ekspresi Frekuensi Osilator
Frekuensi resonansi dihitung di bawah ini:
Untuk frekuensi resonansi; R1=R2=R & C1=C2=C:
Osilator Jembatan Wein dengan Op-Amp
Osilator jembatan Wein juga dapat mengintegrasikan op-amp di sirkuitnya. Terminal op-amp dihubungkan ke dua titik osilator jembatan Wein seperti yang ditunjukkan di bawah ini:
Satu-satunya batasan konfigurasi ini adalah batasan frekuensi yang lebih tinggi. Osilator jembatan Wein berbasis op-amp harus dioperasikan di bawah 1 MHz. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa jembatan Wein adalah osilator frekuensi rendah antara 20Hz hingga 20kHz.
Contoh
Pertimbangkan resistor 20kΩ dan kapasitor variabel 10nf hingga 2000nf di rangkaian osilator jembatan Wein. Evaluasi nilai maksimum dan minimum frekuensi osilasi.
Frekuensi osilasi diberikan oleh:
Untuk frekuensi terendah, fmin;
Untuk frekuensi tertinggi, fmax:
Kesimpulan
Osilator jembatan Wein adalah kombinasi jaringan filter high-pass dan low-pass. Ini beroperasi pada frekuensi resonansi di mana tegangan keluaran tampak maksimum. Di atas dan di bawah frekuensi ini, output nol dipertahankan.