Oscilador em ponte de Wien

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Adelino Cipriano Leveck
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1 UNIVERSIDADE DA MADEIRA Departamento de Matemática e Engenharias Licenciatura em Engenharia de Telecomunicações e Redes (LETR) Licenciatura em Engenharia de Instrumentação e Electrónica (Ramo de Astronomia) (LEIE) Electrónica II Oscilador em ponte de Wien Não preencher Classificação: Turma: Data da realização: Data de entrega: Recebido: Visto: Nome: Nº:. Nome: Nº:. Dionísio Barros Ano lectivo 2006/2007

2 1. Objectivos Os objectivos do 9º trabalho laboratorial são os seguintes: Estudar um circuito de oscilação, mais especificamente o oscilador em ponte de Wien; Projectar os componentes do oscilador em ponte de Wien para obter o critério de Barkhausen na frequência de oscilação desejada; Analisar o circuito de controlo da amplitude das tensões alternadas e sinusoidais na saída do circuito; Verificar experimentalmente o funcionamento do circuito; Comparar no laboratório o funcionamento do circuito com/sem controlo da amplitude das tensões de saída; Verificar experimentalmente o critério de Barkhausen. 2. Lista de material Equipamento Multímetro Fonte de tensão Osciloscópio Software Multisim - Electronics Workbench (EWB) Orcad-Spice Acessórios Placa de montagem Condutores alicates Componentes Resistências Condensadores Potenciómetros Díodos 1n4148 Amp Op 741 (opcional) 3. Análise do circuito eléctrico O circuito eléctrico da Figura 1. é um oscilador em ponte de Wien. O amplificador operacional é o Amp Op 741. Considere na análise que o amplificador operacional é ideal. UMa/Dionísio Barros 2006/2007 2

3 R 1 R 2 v o C s R s v a C p R p Figura 1. Oscilador em ponte de Wien Deduza a expressão do ganho do oscilador em malha aberta (circuito de amplificação com a malha de realimentação), L(jω) Qual é a expressão da frequência de oscilação f 0? UMa/Dionísio Barros 2006/2007 3

4 3.3. Que relação existe entre R 2 /R 1 e os outros parâmetros do circuito para o oscilador satisfazer o critério de Barkhausen? 3.4. Atribua valores adequados a R s, C s, R p, C p, R 1 e R 2 para a frequência de oscilação ser f 0 = 1 khz Considere agora o seguinte circuito para limitar a amplitude das oscilações. V CC 15 V D 1 R 3 R 1 v 1 R 2 R 4 v o C s R s v a C p R p R 5 D 2 R 6-15 V -V EE Figura 2. Oscilador em ponte de Wien com limitação da amplitude. UMa/Dionísio Barros 2006/2007 4

5 Se R 4 = R 5 = R 2 /20 e R 3 = R 6 = (1/2)R 2 qual é a amplitude do sinal sinusoidal v o. Assuma que os díodos, quando polarizados directamente, têm uma queda de tensão v D = 0.7 V e para simplificar os cálculos despreze a corrente nos díodos. 4. Resultados experimentais 4.1. No laboratório, faça a montagem do oscilador em ponte de Wien da Figura 1. Utilize os valores dos componentes calculados na análise teórica. Desenhe o esquema eléctrico do circuito montado e indique as características dos componentes e das fontes de tensão. Neste ponto vai ser avaliado a montagem do circuito eléctrico. UMa/Dionísio Barros 2006/2007 5

6 4.2. Represente a forma de onda da tensão v o. Qual é a amplitude da tensão de saída e a frequência de oscilação f 0? 4.3. Substitua a resistência R 2 por um potenciómetro de valor adequado. Experimentalmente verifique para que valores de R 2 /R 1 o ganho em malha aberta, L(jω 0 ), é L(jω 0 ) < 1, L(jω 0 ) = 1 e L(jω 0 ) > 1. Represente a forma de onda da tensão de saída v o em cada um dos casos. Explique porque é experimentalmente difícil satisfazer o critério de Barkhausen. UMa/Dionísio Barros 2006/2007 6

7 4.4. Agora faça a montagem do circuito da Figura 2 e represente as formas de onda v o e v a. Tensão v o Tensão v a Compare a tensão v o com a tensão v a e verifique se a amplitude tem o valor esperado. UMa/Dionísio Barros 2006/2007 7

8 4.5. Varie o ganho do amplificador (varie a relação R 2 /R 1 ) e descreva o que sucede às tensões v o e v a. 5. Bibliografia Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, Microelectronic Circuits, 4 th University Press, Edition, Oxford UMa/Dionísio Barros 2006/2007 8

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