వీన్ బ్రిడ్జ్ ఓసిలేటర్

ఈ ట్యుటోరియల్‌లో, జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త మాక్స్ వీన్ అభివృద్ధి చేసిన వీన్ బ్రిడ్జ్ ఆసిలేటర్ గురించి తెలుసుకుందాం. ఇది మొదట ప్రతిఘటన మరియు పౌన frequency పున్యం తెలిసిన కెపాసిటెన్స్‌ను లెక్కించడానికి అభివృద్ధి చేయబడింది. వాస్తవానికి వీన్ బ్రిడ్జ్ ఆసిలేటర్ ఏమిటి మరియు అది ఎలా ఉపయోగించబడుతుందనే దాని గురించి మరింత లోతుగా చర్చించే ముందు, ఓసిలేటర్ అంటే ఏమిటి మరియు వీన్ బ్రిడ్జ్ ఆసిలేటర్ అంటే ఏమిటో చూద్దాం.

వీన్ బ్రిడ్జ్ ఆసిలేటర్:

RC ఓసిలేటర్ యొక్క మునుపటి ట్యుటోరియల్‌లో వలె, ఒక దశ మార్పును ఉత్పత్తి చేయడానికి ఒక రెసిస్టర్ మరియు కెపాసిటర్ అవసరం, మరియు మేము స్పెక్‌ను విలోమం చేయడంలో యాంప్లిఫైయర్‌ను కనెక్ట్ చేసి, ఫీడ్‌బ్యాక్ కనెక్షన్‌తో యాంప్లిఫైయర్ మరియు RC నెట్‌వర్క్‌లను కనెక్ట్ చేస్తే, యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అవుట్పుట్ ఉత్పత్తి ప్రారంభమవుతుంది డోలనం ద్వారా సైనూసోయిడల్ తరంగ రూపం.

ఒక లో Wien వంతెన ఓసిలేటర్ రెండు RC నెట్వర్క్లు ఉపయోగిస్తారు ఒక యాంప్లిఫైయర్ అంతటా మరియు ఒక ఓసిలేటర్ సర్క్యూట్ ఉత్పత్తి.

కానీ మనం వైన్ బ్రిడ్జ్ ఓసిలేటర్‌ను ఎందుకు ఎంచుకోవాలి ?

కింది పాయింట్ల కారణంగా, సైనూసోయిడల్ తరంగాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి వైన్ బ్రిడ్జ్ ఓసిలేటర్ ఒక తెలివైన ఎంపిక.

1. ఇది స్థిరంగా ఉంటుంది.
2. వక్రీకరణ లేదా THD (టోటల్ హార్మోనిక్ డిస్టార్షన్) నియంత్రించదగిన పరిమితిలో ఉంది.
3. మేము ఫ్రీక్వెన్సీని చాలా సమర్థవంతంగా మార్చగలము.

వీన్ బ్రిడ్జ్ ఓసిలేటర్‌లో రెండు దశల ఆర్‌సి నెట్‌వర్క్‌లు ఉన్నాయని ముందు చెప్పినట్లు. అంటే ఇది హై పాస్ మరియు తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ నిర్మాణంలో రెండు ధ్రువ రహిత కెపాసిటర్లు మరియు రెండు రెసిస్టర్‌లను కలిగి ఉంటుంది. ఒక రెసిస్టర్ మరియు ఒక కెపాసిటర్ సిరీస్లో మరొక వైపు ఒక కెపాసిటర్ మరియు సమాంతర నిర్మాణంలో ఒక రెసిస్టర్. మేము సర్క్యూట్ను నిర్మిస్తే, స్కీమాటిక్ ఇలా ఉంటుంది: -

స్పష్టంగా చూసినట్లుగా రెండు కెపాసిటర్లు ఉన్నాయి మరియు రెండు రెసిస్టర్లు ఉపయోగించబడతాయి. హై పాస్ మరియు తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్‌గా పనిచేసే RC దశ రెండూ కలిసి కనెక్ట్ అయ్యాయి, ఇది బ్యాండ్ పాస్ ఫిల్టర్ యొక్క ఉత్పత్తి, ఇది రెండు ఆర్డర్ దశల ఫ్రీక్వెన్సీ డిపెండెన్సీని పొందుతుంది. R1 మరియు R2 నిరోధకత ఒకటే మరియు C1 మరియు C2 కెపాసిటెన్స్ కూడా ఒకటే.

వీన్ బ్రిడ్జ్ ఆసిలేటర్ అవుట్‌పుట్ లాభం మరియు దశ మార్పు:

పై చిత్రంలో RC నెట్‌వర్క్ సర్క్యూట్ లోపల ఏమి జరుగుతుందో చాలా ఆసక్తికరంగా ఉంటుంది.

తక్కువ పౌన frequency పున్యం వర్తించినప్పుడు మొదటి కెపాసిటర్ (సి 1) ప్రతిచర్య తగినంతగా ఉంటుంది మరియు ఇన్పుట్ సిగ్నల్‌ను నిరోధించి, 0 అవుట్‌పుట్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి సర్క్యూట్‌ను నిరోధించండి, మరోవైపు, రెండవ కెపాసిటర్ (సి 2) కు అదే విధంగా వేరే విధంగా జరుగుతుంది. సమాంతర స్థితిలో కనెక్ట్ చేయబడింది. సి 2 రియాక్టన్స్ చాలా తక్కువగా మారింది మరియు సిగ్నల్ను దాటవేసి మళ్ళీ 0 అవుట్పుట్లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

C1 రియాక్టన్స్ ఎక్కువగా లేనప్పుడు మరియు C2 రియాక్టన్స్ తక్కువగా లేనప్పుడు మీడియం ఫ్రీక్వెన్సీ విషయంలో అది C2 పాయింట్ అంతటా అవుట్పుట్ ఇస్తుంది. ఈ పౌన frequency పున్యాన్ని ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ అని పిలుస్తారు.

సర్క్యూట్ లోపల లోతుగా చూస్తే, ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ సాధిస్తే సర్క్యూట్ యొక్క ప్రతిచర్య మరియు సర్క్యూట్ యొక్క ప్రతిఘటన సమానంగా ఉంటుందని మనం చూస్తాము.

కాబట్టి, ఇన్పుట్ అంతటా ప్రతిధ్వనించే పౌన frequency పున్యం ద్వారా సర్క్యూట్ అందించినప్పుడు అటువంటి సందర్భంలో రెండు నియమాలు వర్తించబడతాయి.

A. ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ యొక్క దశ వ్యత్యాసం 0 డిగ్రీకి సమానం.

బి . ఇది 0 డిగ్రీలో ఉన్నందున అవుట్పుట్ గరిష్టంగా ఉంటుంది. కానీ ఎంత? ఇది ఇన్పుట్ సిగ్నల్ యొక్క పరిమాణంలో 1/3 ^rd దగ్గరగా లేదా ఖచ్చితంగా ఉంటుంది.

సర్క్యూట్ యొక్క అవుట్పుట్ చూస్తే మనకు ఆ పాయింట్లు అర్థమవుతాయి.

అవుట్పుట్ చిత్రం చూపించే అదే వక్రరేఖ వలె ఉంటుంది. 1Hz నుండి తక్కువ పౌన frequency పున్యంలో అవుట్పుట్ తక్కువ లేదా దాదాపు 0 మరియు ప్రతిధ్వనించే పౌన frequency పున్యం వరకు ఇన్పుట్ వద్ద పౌన frequency పున్యంతో పెరుగుతుంది, మరియు ప్రతిధ్వనించే పౌన frequency పున్యం చేరుకున్నప్పుడు అవుట్పుట్ దాని గరిష్ట గరిష్ట బిందువు వద్ద ఉంటుంది మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ పెరుగుదలతో నిరంతరం తగ్గుతుంది మరియు మళ్ళీ ఇది అధిక పౌన.పున్యంలో 0 అవుట్‌పుట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. కనుక ఇది స్పష్టంగా ఒక నిర్దిష్ట పౌన frequency పున్య శ్రేణిని దాటి అవుట్పుట్ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అందుకే గతంలో దీనిని ఫ్రీక్వెన్సీ డిపెండబుల్ వేరియబుల్ బ్యాండ్ (ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్) పాస్ ఫిల్టర్‌గా వర్ణించారు. అవుట్పుట్ యొక్క దశ మార్పును మనం నిశితంగా పరిశీలిస్తే, సరైన ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద అవుట్పుట్ అంతటా 0 డిగ్రీల దశ మార్జిన్‌ను స్పష్టంగా చూస్తాము.

ఈ దశ అవుట్పుట్ వక్రంలో దశ ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద సరిగ్గా 0 డిగ్రీ మరియు ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ సాధించే వరకు ఇన్పుట్ ఫ్రీక్వెన్సీ పెరిగినప్పుడు ఇది 90 డిగ్రీల నుండి 0 డిగ్రీల వరకు తగ్గుతుంది మరియు ఆ తరువాత దశ చివరి దశలో తగ్గుతూనే ఉంటుంది - 90 డిగ్రీ. రెండు సందర్భాల్లో రెండు పదాలు ఉపయోగించబడతాయి, దశ సానుకూలంగా ఉంటే దానిని దశ అడ్వాన్స్ అని పిలుస్తారు మరియు ప్రతికూల సందర్భంలో దానిని దశ ఆలస్యం అంటారు .

ఈ అనుకరణ వీడియోలో వడపోత దశ యొక్క అవుట్పుట్ చూస్తాము:

ఈ వీడియోలో 4.1 కె R1 R2 మరియు 10nF కెపాసిటర్ రెండింటిలోనూ R1 గా ఉపయోగించబడుతుంది మరియు C1 మరియు C2 రెండింటికీ ఉపయోగించబడుతుంది. మేము దశల్లో సైనూసోయిడల్ తరంగాన్ని వర్తింపజేసాము మరియు ఓసిల్లోస్కోప్‌లో పసుపు ఛానల్ సర్క్యూట్రీ యొక్క ఇన్‌పుట్‌ను చూపుతోంది మరియు నీలిరంగు సర్క్యూట్ యొక్క ఉత్పత్తిని చూపుతోంది. మేము నిశితంగా పరిశీలిస్తే, అవుట్పుట్ వ్యాప్తి ఇన్పుట్ సిగ్నల్ యొక్క 1/3 వ వంతు మరియు అవుట్పుట్ దశ ముందు చర్చించినట్లుగా ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీలో 0 డిగ్రీల దశ షిఫ్ట్ లాగా ఉంటుంది.

ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు వోల్టేజ్ అవుట్పుట్:

R1 = R2 = R లేదా అదే నిరోధకం ఉపయోగించబడిందని మేము భావిస్తే, మరియు కెపాసిటర్ C1 = C2 = C ఎంపిక కోసం అదే కెపాసిటెన్స్ విలువ ఉపయోగించబడుతుంది, అప్పుడు ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ ఉంటుంది

Fhz = 1 / 2πRC

R అంటే రెసిస్టర్ మరియు సి అంటే కెపాసిటర్ లేదా కెపాసిటెన్స్, మరియు ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ ఉంటే Fhz.

మేము RC నెట్‌వర్క్ యొక్క Vout ను లెక్కించాలనుకుంటే, మేము సర్క్యూట్‌ను వేరే విధంగా చూడాలి.

ఈ RC నెట్‌వర్క్ ఎసి సిగ్నల్స్ ఇన్‌పుట్‌తో పనిచేస్తుంది. DC విషయంలో సర్క్యూట్రీ నిరోధకతను లెక్కించడం కంటే AC విషయంలో సర్క్యూట్రీ నిరోధకతను లెక్కించడం కొంచెం గమ్మత్తైనది.

RC నెట్‌వర్క్ ఇంపెడెన్స్‌ను సృష్టిస్తుంది, ఇది అనువర్తిత AC సిగ్నల్‌పై నిరోధకతగా పనిచేస్తుంది. వోల్టేజ్ డివైడర్కు రెండు ప్రతిఘటనలు ఉన్నాయి, ఈ RC దశలలో రెండు ప్రతిఘటనలు మొదటి ఫిల్టర్ (C1 R1) ఇంపెడెన్స్ మరియు రెండవ ఫిల్టర్ (R2 C2) ఇంపెడెన్స్.

ఒక కెపాసిటర్ ఉన్నందున సిరీస్ లేదా సమాంతర ఆకృతీకరణలో అనుసంధానించబడి ఉంటుంది, అప్పుడు ఇంపెడెన్స్ సూత్రం ఇలా ఉంటుంది: -

Z అనేది ఇంపెడెన్స్ యొక్క చిహ్నం, R అనేది ప్రతిఘటన మరియు Xc అంటే కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్.

అదే సూత్రాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా మనం మొదటి దశ ఇంపెడెన్స్‌ను లెక్కించవచ్చు.

రెండవ దశ విషయంలో, సమాంతర సమానమైన రెసిస్టర్‌ను లెక్కించడానికి సూత్రం సమానం,

Z అనేది ఇంపెడెన్స్, R అనేది ప్రతిఘటన, X కెపాసిటర్

ఈ సూత్రాన్ని ఉపయోగించి సర్క్యూట్ యొక్క తుది ఇంపెడెన్స్ లెక్కించవచ్చు: -

మేము ఒక ప్రాక్టికల్ ఉదాహరణను లెక్కించవచ్చు మరియు అటువంటి సందర్భంలో అవుట్పుట్ చూడవచ్చు.

మేము విలువను లెక్కించి, ఫలితాన్ని చూస్తే, అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్లో 1/3 వ స్థానంలో ఉంటుందని చూస్తాము.

మేము రెండు దశల RC ఫిల్టర్ అవుట్‌పుట్‌ను నాన్-ఇన్వర్టింగ్ యాంప్లిఫైయర్ ఇన్‌పుట్ పిన్ లేదా + విన్ పిన్‌గా కనెక్ట్ చేస్తే, మరియు నష్టాన్ని తిరిగి పొందడానికి లాభాలను సర్దుబాటు చేస్తే అవుట్పుట్ సైనూసోయిడల్ వేవ్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అది వీన్ బ్రిడ్జ్ డోలనం మరియు సర్క్యూట్ వీన్ బ్రిడ్జ్ ఆసిలేటర్ సర్క్యూట్.

వీన్ బ్రిడ్జ్ ఆసిలేటర్ యొక్క పని మరియు నిర్మాణం:

పై చిత్రంలో, RC ఫిల్టర్ ఒక విలోమ ఆకృతీకరణలో ఉన్న op-amp అంతటా అనుసంధానించబడి ఉంది. R1 మరియు R2 స్థిర విలువ నిరోధకం అయితే C1 మరియు C2 వేరియబుల్ ట్రిమ్ కెపాసిటర్. ఒకే సమయంలో ఆ రెండు కెపాసిటర్ల విలువను మార్చడం ద్వారా మనం తక్కువ పరిధి నుండి ఎగువ శ్రేణికి సరైన డోలనాన్ని పొందవచ్చు. తక్కువ నుండి ఎగువ శ్రేణి వరకు వేర్వేరు పౌన frequency పున్యంలో సైనూసోయిడల్ తరంగాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి మేము వీన్ బ్రిడ్జ్ ఓసిలేటర్‌ను ఉపయోగించాలనుకుంటే ఇది చాలా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది. మరియు R3 మరియు R4 ఆప్-ఆంప్ ఫీడ్‌బ్యాక్ లాభం కోసం ఉపయోగించబడతాయి. అవుట్పుట్ లాభం లేదా విస్తరణ ఆ రెండు విలువ కలయికలపై ఎక్కువగా ఆధారపడతాయి. రెండు RC దశలు అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ 1/3 వ వద్ద పడిపోవడంతో, దానిని తిరిగి పొందడం చాలా అవసరం. కనీసం 3x లేదా 3x (4x ఇష్టపడే) కంటే ఎక్కువ లాభం పొందడం కూడా తెలివైన ఎంపిక.

మేము 1+ (R4 / R3) సంబంధాన్ని ఉపయోగించి లాభాలను లెక్కించవచ్చు.

మేము మళ్ళీ చిత్రాన్ని చూస్తే, అవుట్పుట్ నుండి కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క చూడు మార్గం నేరుగా RC ఫిల్టర్ ఇన్పుట్ దశకు అనుసంధానించబడిందని మనం చూడవచ్చు. రెండు దశల RC ఫిల్టర్ ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రాంతంలో 0 డిగ్రీల దశ షిఫ్ట్ యొక్క ఆస్తిని కలిగి ఉన్నందున, మరియు ఆప్-ఆంప్ పాజిటివ్ ఫీడ్‌బ్యాక్‌తో నేరుగా అనుసంధానించబడినందున అది xV + అని అనుకుందాం మరియు ప్రతికూల అభిప్రాయంలో అదే వోల్టేజ్ వర్తించబడుతుంది xV- అదే 0 డిగ్రీ దశతో op-amp రెండు ఇన్పుట్లను వేరు చేస్తుంది మరియు ప్రతికూల అభిప్రాయ సంకేతాన్ని తోసిపుచ్చింది మరియు RC దశలలో కనెక్ట్ చేయబడిన అవుట్పుట్ ఆప్-ఆంప్ డోలనం ప్రారంభమవుతుంది.

మేము అధిక స్లీవ్ రేటును ఉపయోగిస్తే, అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ op-amp అవుట్పుట్ ఫ్రీక్వెన్సీని విస్తృత మొత్తంతో పెంచవచ్చు.

కొన్ని హై ఫ్రీక్వెన్సీ ఆప్-ఆంప్స్ ఈ విభాగంలో ఉన్నాయి, అలాగే లోడింగ్ ఎఫెక్ట్ గురించి మేము చర్చించిన మునుపటి RC ఓసిలేటర్ ట్యుటోరియల్‌లో కూడా గుర్తుంచుకోవాలి, లోడింగ్ ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి మరియు నిర్ధారించడానికి RC ఫిల్టర్ కంటే ఎక్కువ ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్‌తో ఆప్-ఆంప్‌ను ఎంచుకోవాలి. సరైన స్థిరమైన డోలనం.

• LM318A
• LT1192
• MAX477
• LT1226
• OPA838
• 900 mHz హై TH సీడ్ ఆప్-ఆంప్ అయిన THS3491!
• LTC6409 ఇది 10 Ghz GBW డిఫరెన్షియల్ ఆప్-ఆంప్. ఈ హై ఫ్రీక్వెన్సీ అవుట్‌పుట్‌ను సాధించడానికి సర్క్యూట్‌పై ప్రత్యేక యాడ్ మరియు అనూహ్యంగా మంచి RF డిజైన్ వ్యూహాలు అవసరమని చెప్పలేదు.
• LTC160
• OPA365
• TSH22 ఇండస్ట్రియల్ గ్రేడ్ op-amp.

వీన్ బ్రిడ్జ్ ఆసిలేటర్ యొక్క ప్రాక్టికల్ ఉదాహరణ:

రెసిస్టర్ మరియు కెపాసిటర్ విలువను ఎంచుకోవడం ద్వారా ఆచరణాత్మక ఉదాహరణ విలువను లెక్కిద్దాం.

ఈ చిత్రంలో, RC ఓసిలేటర్ కోసం 4.1 కె రెసిస్టర్‌ను R1 మరియు R2 రెండింటికీ ఉపయోగిస్తారు. మరియు రెండు స్తంభాలను కలిగి ఉన్న ట్రిమ్మర్ కెపాసిటర్ C1 మరియు C2 ట్రిమ్మింగ్ సామర్థ్యానికి 1-100nF కలిగి ఉంటుంది. 1nF, 50nF మరియు 100nF కోసం డోలనం యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీని లెక్కించడానికి అనుమతిస్తుంది. అలాగే మేము ఆప్-ఆంప్ యొక్క లాభాలను 100 కెగా ఎంచుకున్న R3 గా మరియు R4 ను 300k గా ఎన్నుకుంటాము.

యొక్క సూత్రం ద్వారా ఫ్రీక్వెన్సీని లెక్కించడం సులభం

Fhz = 1 / 2πRC

C విలువ 1nF మరియు రెసిస్టర్ 4.7k కోసం ఫ్రీక్వెన్సీ ఉంటుంది

Fhz = 33,849 Hz లేదా 33.85 KHz

C విలువ 50nF మరియు రెసిస్టర్ 4.7k కోసం ఫ్రీక్వెన్సీ ఉంటుంది

Fhz = 677Hz

C యొక్క విలువ 100nF మరియు రెసిస్టర్ 4.7k కోసం ఫ్రీక్వెన్సీ ఉంటుంది

Fhz = 339Hz

కాబట్టి 1nF ను ఉపయోగించి మనం సాధించగల అత్యధిక ఫ్రీక్వెన్సీ 33.85 Khz మరియు 100nF ఉపయోగించి మనం సాధించగల అతి తక్కువ పౌన frequency పున్యం 339Hz.

Op-amp యొక్క లాభం 1+ (R4 / R3)

R4 = 300 కే

R3 = 100 కే

కాబట్టి లాభం = 1+ (300 కే + 100 కె) = 4 ఎక్స్

విలోమ కాని “పాజిటివ్” పిన్ అంతటా ఆప్-ఆంప్ ఇన్పుట్ యొక్క 4x లాభాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

కాబట్టి ఈ విధంగా ఉపయోగించడం ద్వారా మనం వేరియబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌విడ్త్ వీన్ బ్రిడ్జ్ ఓసిలేటర్‌ను ఉత్పత్తి చేయవచ్చు.

అప్లికేషన్స్:

కెపాసిటర్ యొక్క ఖచ్చితమైన విలువను కనుగొనకుండా, ఎలక్ట్రానిక్స్ రంగంలో విస్తృత స్థాయి అనువర్తనాలలో ఉపయోగించే వీన్ బ్రిడ్జ్ ఓసిలేటర్, 0 డిగ్రీ దశ స్థిరమైన ఓసిలేటర్ సంబంధిత సర్క్యూట్రీని ఉత్పత్తి చేయడానికి, తక్కువ శబ్దం స్థాయి కారణంగా ఇది వివిధ ఆడియో గ్రేడ్ స్థాయికి కూడా తెలివైన ఎంపిక నిరంతర డోలనం అవసరమయ్యే అనువర్తనాలు.