Oscillatore a bassa frequenza a Ponte di Wien LX609

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1 Istituto Professionale di Stato per l'industria e l'artigianato MORETTO Via Luigi Apollonio, 2 BRESCIA Oscillatore a bassa frequenza a Ponte di Wien LX609 Realizzato da : PETROGALLI GIUSEPPE TANTINI MASSIMO ZILIANI MANUEL classe 5BI TIEE corso per Tecnici delle Industrie Elettriche ed Elettroniche anno scolastico (7-2-97)

2 Premessa Gli oscillatori di BF (basse frequenze) hanno parecchi impieghi, si va dal controllo degli stadi finali di amplificatori, al controllo dell efficacia degli equalizzatori, all individuazione della banda passante e della distorsione di un qualunque impianto Hi-Fi. Schema elettrico S2 C7 00uF R4 3.3K 9 VOLT VCC C 82nF C2 8.2nF C3 820pF SA 2VIE 3POS 2 3 C RA 00K RB 00K G D S FT BF244 C8 22uF TR BC328 R8 5.6K R9 K DS N448 DS2 N448 DS3 N448 TR2 BC237 R2 0 C9 470uF T.P.2 GND A.L. R3 0 R2 8.2K R3 8.2K R5 K R6 470 LP 2V. R0 4.7K R 0K TR3 BC328 R4 KA R5 R0K R6 K B.L. C4 82nF C5 8.2nF 2 SB 2VIE 3POS 3 C R7 33 GND C6 820pF Elenco componenti n quantità nome 2 C,C4 82nF Poliestere 2 2 C2,C5 8,2nF Poliestere 3 2 C3,C6 820pF a Disco 4 C7 00uF elettr. 6 V 5 C8 22uF elettr. 6 V 6 C9 470uF elettr. 6 V 7 3 DS,DS2,DS3 N448 diodi al silicio 8 FT BF244 9 LP 2V, 00mA 5BI

3 0 2 RA,RB 00K Ohm Pot. Lin. 2 R2,R3 8,2K Ohm /4 W 2 R4 3,3K Ohm /4 W 3 2 R5,R6 K Ohm /4 W 4 R4 K Ohm Pot. Lin. 5 R6 470 Ohm trimmer 6 R7 33 Ohm /4 W 7 R8 5,6 K Ohm /4 W 8 R9 K Ohm /4 W 9 R0 470 Ohm trimmer 20 R K Ohm /4 W 2 2 R2,R3 0 Ohm /4 W 22 R5 0 K Ohm /4 W 23 SA,SB commutatore rot. 2 vie 3 Pos. 24 S2 Swich 25 TR BC TR2 BC TR3 BC328 Elenco strumenti : n quantità nome modello Oscilloscopio HP Hewlett Packard 54600B 2 Alimentatore Corrente continua GPR Sonda oscilloscopio 4 2 Cavetti di collegamento 5BI

4 Schema a blocchi : Ve AMPLIFICATORE AMPLIFICATORE DI POTENZA A Ve CONTROLLO DI GUADAGNO LAMPADA Aβ Ve RETE SELETTIVA PONTE DI WIEN Questo oscillatore serve per basse frequenze ; in questo circuito sono presenti elementi resistivi e capacitivi ( non come nei normali oscillatori nei quali si trovano elementi resistivi, capacitivi ed induttivi ). Alle basse frequenze le induttanze [ L ] hanno un fattore di merito molto basso; con induttanze grandi si otterranno fattori di bontà bassi a causa delle perdite che avvengono sulle spire. L oscillatore non è altro che un amplificatore reazionato con reazione positiva selettiva. Detto Ve il segnale di ingresso allo stadio amplificatore di guadagno A, AVe sarà il seegnale presente in uscita ai due stadi amplificatori. AβVe il segnale in uscita al blocco di reazione (rete ponte di Wien). La condizione perché il segnale si mantenga nel ramo di retroazione è la seguente V A β V e E β Funzione di trasferimento del Ponte di Wien, o guadagno di Wien Aβ viene chiamato : Guadagno d anello cioè il guadagno del segnale che percorre l anello Bisogna sottolineare che A e β sono molto importanti per andamento dell oscillazione. fig.2 5BI

5 Si possono esporre tre casi : Primo Caso Oscillazione costante e persistente A β VE V E In questo primo caso noteremo che chiudendo l anello nello schema otterremo un oscillazione costante nel tempo; quindi si verificherà la condizione di Barkausen ovvero A β ;questo vorrà dire che A β e che ( ) Arg A β 0 ArgA + Argβ 0 Secondo caso : oscillatore in saturazione A β V > V E E In questo caso invece l uscita VU è maggiore dell ingresso VE quindi chiudendo l anello nel circuito otterremo un oscillazione in continuo aumento, che però non potrà aumentare all infinito,visto che il suo limite sarà la tensione di alimentazione; quindi l oscillazione andrà in saturazione. Terzo caso : oscillazione in via di spegnimento A β VE < V E L andamento nel tempo di VE continuerà a diminuire fino a 0; questo comporterà un incremento negativo dell onda. 5BI

6 Spiegazione schema a blocchi Analizzando lo schema notiamo che il primo stadio non è altro che un amplificatore composto da un Fet e da un transistor, con una rete selettiva di Wien. Dallo schema si nota che l amplificatore e la rete di Wien sono collegate ad anello; ciò vuole dire che l uscita e l entrata interagiscono tra di loro. Si trova pure una lampadina nel circuito in funzione di PTC Spiegazione funzionamento lampadina Per regolare automaticamente il guadagno del Fet (FT)si sfrutta la caratteristica del filamento della lampadina,cioè di aumentare la sua resistenza all aumentare della temperatura per effetto della corrente che l attraversa.quindi LP si comporterà come una resistenza in grado di modificare il suo valore al variare della temperatura del filamento. In questo modo, se la tensione di uscita dovesse aumentare, rispetto al valore prefissato tramite il trimmer (resistenza variabile R6) grazie al filamento di LP si riporterà automaticamente la tensione di uscita di 4 volt picco-picco,prestabilito. Al contrario accadrà se la tensione di uscita dovesse scendere al di sotto di questi valori. Il filamento LP raffreddandosi ridurrà la propria resistenza, ed il guadagno di FT e TR ( Fet e Transistor) aumenterà proporzionalmente fino ai valori prestabiliti (queste variazioni avverranno con tensioni basse.questo è il motivo per cui ruotando il potenziometro della sintonia,ovvero passando da una frequenza minima ad una massima occorrerà attendere qualche secondo prima che la tensione d uscita si stabilizzi.si noti che la lampadina non si dovrà mai accendere. Schema della curva di instabilità La rete di Wien La rete in questione è rappresentata da una serie ed un parallelo R e C come il seguente: 5BI

7 VC VR A C R C IT IR2 IC2 VAB R2 C2 VCD B D Essendo Z e Z 2 JωCR+ R + JωC JωC R R J ω C R JωCR + + JωC la serie di C ed R primo; il parallelo di C ed R primo si può svolgere la seguente formula: I VU Z2 β V Z + Z R JωCR+ JωCR+ R + JωC R JωC R + E 2 R JωC R + 2 ( JωCR+ ) + ω JωC ( JωC R + ) J C R ) Da quest ultima, semplificando ( JωC R + al denominatore ed al numeratore si ottiene: R ( JωC R ) JωC JωCR JωC R JωC R + ω C R + 2JωC R 5BI

8 Quindi : β JωC R ( ω C R ) + 3JωC R E necessario osservare che negli oscillatori la F è reale soltanto se Vu è in fase con VE ; questo sarà possibile se ω C R 0 e quindi ω 2 C 2 R 2 è dunque facilmente deducibile che ωcr da cui ω 0 CR.E molto importante far notare che la F0 dipende da R e C presenti nel circuito,come dalla seguente formula: f 0 2 π RC Quindi il circuito sarà fornito di resistenze variabili per la regolazione fine della frequenza e di un deviatore per cambiare l uso dei condansatori per la variazione grossa. Si ottengono quindi con questo circuito tre gamme di frequenza delle quali sono state misurate la frequenza massima e minima. Prima gamma Frequenza massima 5BI

9 Frequenza minima Seconda gamma Frequenza massima 5BI

10 Frequenza minima Terza gamma Frequenza massima 5BI

11 Frequenza minima VU e VAB ; ω C R 0 avendo posto ω 2 C 2 R 2 ora è possibile semplificare numeratore e denominatore Jω 0CR 0 3Jω CR ( β) F( Jω ) A β 3 quindi A 3 Modulo β A Fase Argβ 0 ArgA 0 Inoltre le misure hanno portato a variare il valore del trimmer R6 ed è stata ottenuta la seguente oscillazione: 5BI 96-97

12 Diagramma vettoriale V Ic X C R tgϕ2 ωcr I V 2 2 R X e tg VC Xc IT ϕ C VR RI IT ωc R R Dal diagramma vettoriale vediamo che VE è la somma di VU e VAB. E nostro interesse mettere in fase VE con VU ;per ottenere ciò è necessario che VAB sia in fase con VU quindi in questo caso la VE dovrà essere in fase con VU e VAB.Per fare ciò φ e φ2 dovrebbero essere non sfasati. Analisi Finale La realizzazione del progetto ha comportato l apprendimento in primo luogo di nuovi strumenti di misura come ad esempio l intefaccia per il PC della (HP-IB professional ) che ci ha permesso di salvare gli andamenti come immagini (riportate in relazione). In secondo luogo l utilizzo del personal come editore di testi e soprattutto di equazioni come nel nostro caso.la relazione è prevalentemente composta da calcoli (in quanto si basa più che altro su guadagni e frequenze) senza particolari approfondimenti riguardo al funzionamento visto che si tratta di un oscillatore comune basilare,semplice ma di particolare importanza. 5BI