¿Por qué la salida del Oscilador Wien es un seno?

Aquí está el Wien Bridge Oscillator con un control deslizante de trimpot de 100 ohmios en el lado IZQUIERDO para que pueda AUMENTAR la ganancia del bucle para estabilizar la salida.

Por lo tanto, el puente de Wien se parece a un circuito de tanque LC con alto Q pero con ganancia unitaria para que la salida no se sature. Logra esto mediante la cancelación de ganancia de fase de Feedback RC a Shunt RC. El resultado se asemeja a un circuito de tanque paralelo LC.

Si explora las dos simulaciones anteriores y agrega seguimientos de alcance como desee a cualquier componente o agrega un cable y alcance eso. Ajuste la olla y vea cómo funciona. La traza del osciloscopio es como un registrador gráfico rápido pero en cámara lenta.

Esto puede ser más instructivo que mis palabras.
SUGERENCIA: Deslice el POT hacia la IZQUIERDA para reducir Rshunt y aumentar la ganancia.

=========================================== Aquí hay otro oscilador de onda sinusoidal . El Phase SHift RC Sine OSC. Tiene las mismas propiedades pero es menos sensible que el Wein para ganar estabilidad y adecuación de componentes.

Eso usa 3 filtros de paso bajo para obtener 60 grados cada uno x3 = 180 grados con retroalimentación general negativa para lograr 0 grados en el punto de ruptura de ganancia unitaria y así tener una condición para la oscilación.

Aquí hay una simulación javascript de la respuesta de frecuencia.

Debido a la limitación estricta del simulador, se puede producir un seno de oscilación completa. Pero en realidad, si la ganancia del bucle es 1,001 con un cambio de fase de 180 grados, la amplitud crecerá lentamente y la salida puede recortarse, una condición en la que la ganancia del amplificador operacional cae a cero o casi. Por lo tanto, los diodos limitadores suaves a menudo se usan de forma consecutiva con una serie R alta para no distorsionar la onda sinusoidal y evitar la saturación de salida.

Otras curiosidades

Los filtros de paso bajo en retroalimentación negativa se convierten en filtros de paso alto. Los filtros de muesca con retroalimentación negativa pueden convertirse en filtros de paso de banda y los convertidores de impedancia negativa pueden convertir la corriente de capacitancia para simular una corriente de inductor (dentro de los límites) usando el mismo voltaje aplicado.

Porque (al menos en estado estacionario) es un sistema que se comporta de acuerdo con ecuaciones diferenciales ordinarias, lineales e invariantes en el tiempo. Dichos sistemas solo tienen modos que involucran exponenciales, ondas sinusoidales que crecen (o se reducen) exponencialmente, y cualquiera de los dos anteriores multiplicados por el tiempo (es decir,$t e^{-at}$).

Hay toda una ciencia sobre cómo y por qué necesitaba poner ese calificador "en estado estable" allí (y cómo el circuito que muestra no lo cumple del todo: su circuito no comenzará a oscilar o se cortará) , al menos levemente). Pero esa no era tu pregunta.

Kinka-Byo, para realizar un oscilador que cumpla con la condición de oscilación de Barkhausen, necesita una retroalimentación selectiva de frecuencia que, junto con un amplificador, proporcione una ganancia de bucle total (ganancia alrededor del bucle completo) de LG = 1 para una sola frecuencia (esto significa: magnitud unitaria y desplazamiento de fase cero). Para este propósito, existen varios conceptos generales de realización (esta es una breve introducción a los circuitos osciladores):

• Paso de banda RC en el bucle de realimentación: paso de banda WIEN, que a la frecuencia de resonancia (desplazamiento de fase cero) tiene una amortiguación de 0,333; por lo tanto, necesitamos un amplificador positivo con una ganancia de +3 (0.3333x3=1)

• Paso de banda LC en el circuito de retroalimentación: este paso de banda debe tener una resistencia en serie Rs y una resistencia en paralelo Rp, por lo que la amortiguación en f=fo es Rp/(Rs+Rp) y necesitamos un amplificador con una ganancia de (1+Rs /Rp) para realizar una ganancia de bucle de LG=1.

• Hay otros conceptos basados ​​en circuitos de paso alto o paso bajo de tercer orden en el circuito de retroalimentación. En estos casos, realizamos un cambio de fase de -180 grados en f = fo, y necesitamos un amplificador inversor que proporcione el cambio de fase adicional de 180 grados.

*Observación final: Debido a los efectos de la tolerancia, nunca es posible realizar exactamente LG=1. Por lo tanto, diseñamos todos los circuitos del oscilador para LG>1 (con el resultado de una oscilación con amplitudes crecientes) e introducimos una no linealidad adicional que devuelve automáticamente la ganancia a LG=1 para amplitudes crecientes. Pero ese es otro problema. Sin tal regulación de amplitud, la señal del seno ascendente está limitada (recortada) en el riel de suministro y necesitamos un filtrado adicional.