¡No se puede alcanzar la frecuencia de resonancia del oscilador Wien Bridge!

Estoy muy molesto por la frecuencia de salida de mi oscilador Wien Bridge porque no puedo alcanzar la frecuencia resonante dada por f=1/2iπRC.

POR EJEMPLO: R = R1 = R2 = 1.5kΩ C = C1 = C2 = 10nF La frecuencia de resonancia es 10.61kHz pero la frecuencia de salida que obtuve (en mi osciloscopio) es ~7.40kHz
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Utilicé amplificadores operacionales LM324 y OPA541AP, ¡pero los resultados son los mismos!

**¿Hay algo mal en mis cálculos? ¡O debería haber algunos factores que debo considerar! **

Intenta publicar el diagrama del circuito completo... Nos facilitará ayudarte.
Publique un esquema y use la herramienta.
¿Cómo estás controlando la ganancia? ¿La salida parece una onda sinusoidal? ¿O estás golpeando los rieles de energía?
¡la salida es una onda sinusoidal!
¿Qué rieles de suministro está utilizando?
9V es mi V+ y V-
Algunos opamps no pueden manejar 1.5Kohms a 10KHz, con VDD bajo.
¡Pero intenté usar diferentes valores de resistencia como R = R1 = R2 = 5kΩ manteniendo el capacitor constante en 10 nF! La frecuencia de resonancia es de 3,18 kHz, ¡pero solo obtuve ~2,10 kHz!
¿Está diciendo que el voltaje aplicado a través de los pines de suministro es de 9 voltios o 18 voltios?
Sí, porque parte de la señal se recortará.
¿Estás seguro de que los límites de 10nF son en realidad de 10nF? Intente cambiarlos por un valor diferente y vea lo que obtiene. Parece extraño que en ambos osciladores (original + cambio de resistencias) se obtenga cerca del 69% de la frecuencia teórica.
ignore los diseños de puente RC Wien ya que son muy inexactos e inestables para la salida sinusoidal.
Puede tomar su circuito de retroalimentación positiva (r1, c1, r2, c2) y conectarlo a un analizador de espectro para ver cuál es la frecuencia de resonancia. Si no es lo que espera, puede culpar a la tolerancia de los componentes. Si es así, tendrás que seguir mirando tu amplificador.

Respuestas (4)

Si está utilizando el dispositivo LM324, no sorprende que el resultado no sea el esperado. Es la velocidad de respuesta limitada la que restringe la salida (sinusoidal) y provoca distorsiones (forma triangular). Al mismo tiempo, son efectivos cambios de fase adicionales que provocan una frecuencia mucho más baja que la deseada.

El voltaje de suministro mínimo recomendado para ambos amplificadores operacionales es de 10 voltios. Si está por debajo de esto, todas las apuestas están canceladas.

Si obtiene el voltaje de suministro correcto, encontrará que, como circuito básico, su rendimiento es totalmente inferior al estándar. Esto se debe a que no tiene nada para mantener dinámicamente la ganancia en la unidad general y la amplitud se desviará por todas partes y obtendrá recortes la mayoría de las veces.

El enfoque sensato es usar un jfet como control de ganancia y hay docenas de circuitos en la web que muestran esto, así que obtenga el voltaje de la fuente de alimentación correcto y luego aplique el control de amplitud de jfet.

¡También intenté usar 12V pero tiene la misma frecuencia de salida!
Entonces, ¿por qué dijiste 9 voltios en tu comentario?
porque es el voltaje mínimo que mi señal no se corta pero probé usando voltajes más altos
El oscilador de puente de Wien básico siempre recortará la amplitud del seno porque no hay control de ganancia dinámica. Intente usar un circuito menos teórico en su lugar porque nunca obtendrá ondas sinusoidales consistentes de esto sin control de amplitud.
¡Entonces, si no tuviera el control de ganancia, no obtendría la frecuencia resonante! ¡Oooh! Entonces, ¿qué ecuación puedo usar para calcular la frecuencia de salida (teóricamente)?
Obtendrá que resuene correctamente (suponiendo que haya usado las partes que cree que ha usado), pero la amplitud estará arriba y abajo.
¡Gracias por recomendar el control de ganancia! ¡Voy a intentarlo!
¿La amplitud puede afectar la frecuencia de salida de mi circuito? ¡Pero la amplitud y la frecuencia (en mi osciloscopio) son estables! simplemente no alcanza la frecuencia teórica.
Ya he dicho que si el suministro es demasiado bajo para el amplificador operacional, se desperdician las expectativas de un comportamiento sensato. Podría ser una limitación de la velocidad de giro, por ejemplo, pero, ¿adivina qué? ¡Nadie puede decirlo porque está contraviniendo las pautas de la hoja de datos!

El lugar más obvio para buscar es su red RC. ¿Qué piezas de tolerancia usaste? Si usó 10 % de resistencias y 20 % de capacitores, eso le daría un error de aproximadamente 30 % si tuviera la mala suerte de sacar todas sus partes al borde de la distribución.

ignore los diseños de puente RC Wien ya que son muy inexactos e inestables para la salida sinusoidal.

Si quieres una onda sinusoidal con f exacta. entonces todas las partes deben combinarse perfectamente al 1% y usar Rf justo por encima de 200k. Comenzará lentamente y se acercará a la saturación. Si satura casi al cuadrado, entonces la salida cuando está saturada reduce la f porque Zout aumenta con la falta de retroalimentación lineal y disminuye la f.

Sabemos que Zout es Z/beta o retroalimentación de ganancia de bucle, por lo que normalmente está cerca de cero. luego sube hasta 500~ 1kohm más o menos para los tipos de salida CMOS R2R.

A menudo, la solución es agregar zeners con una serie r alta en la retroalimentación para una limitación suave o similar, de modo que la ganancia se reduzca de -2.x a -2.0 para un seno perfecto en el lado inversor.

x solo necesita compensar las tolerancias R.

Prefiero pensar (y he experimentado) que el oscilador WIEN es tan bueno y exacto como otros osciladores RC (cambio de fase, doble integrador,...). Más que eso, para partes perfectamente emparejadas (R, C) la ganancia del no inv. La etapa opamp debe ser "3" (y no 2.0). En cualquier caso, se recomienda cubrir el desajuste y diseñar la ganancia algo mayor (por ejemplo, 3.2) - y utilizar un mecanismo de regulación de amplitud (diodos o FET como resistencia,...).
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