Oscilatoare de audiofrecven ta [618242]

Oscilatoare de audiofrecven ta

1. Notiuni teoretice
Oscilatorul de audiofrecventa studiat are în componenta un amplificator operational
LM741 ( ßA741 , uA741 ) în configuratie de amplificator neinversor si o retea de reactie
pozitiva cu 2 condensatoare si 2 rezistente ( Wien ).
Schema circuitului pe care îl vom simula e data mai jos:

Figura 1. Schema oscilatorului în punte Wien cu amplificator operational

Componentele si librariile asociate sunt descrise în tabelul 1. Dupa cum se observa,
circuitul se al imenteaza de la o sursa dubla de tensiune formata cu V 1 si V 2 , simetrica.
Circuitul are 2 retele de reactie: una pozitiva si cealalta negativa. Reteaua de reactie
negativa e formata cu R 1 si R5, iar reteaua de reactie pozitiva cu R 4, C1, R3 si C2 . Pentru a
avea aceeasi impedanta de intrare pe intrarea neinversoare (+) cu impedanta de intrare pe
intrarea inversoare ( -) s-a conectat rezistenta R 2=R1||R5 .
Amplificatorul de baz a e format din: R 2, U1, R5, R1. Reteaua Wien e formata din: R 4 , C1,
C2 si R3. În schema de principiu s -a renuntat la compensarea o fsetului amplificatorului
uA741 ( terminalele 5 si 1 lasate în aer). Amplificatorul e în configuratie neinversoare,
amplificarea în tensiune a circuitului fiind data de relatia:
1
51o
V
inV RAVR==+

Tabelul 1
Denumire Component a Valoare Librarie
V1 , V2 VPWL T1=0 ; V1=0; T2=5us; V2=1 1 Source.slb
Rx ( x =1…n ) R – pentru ohmi doar
valoarea numerica
– pentru kohmi se trece
simbolul k dupa
valoarea numerica Analog.slb
Cx (x =1…n ) C – pentru capacitati de
ordinul picofarazilor
se trece litera p dupa
valoarea numerica
– pentru capacitati de
ordinul nanofarazilor
se trece litera n dupa
valoarea numerica
– pentru capacitati de
ordinul microfarazilor
se trece litera u dupa
valoarea numerica Analog.slb
U1 uA741 Circui t integrat stabilizator
liniar de tensiune Eval.slb
J1 J2N3819 Tranzistor JFET Eval.slb
Masa GND _ANALOG 0 Port.slb
Amplificatorul operational are urmatoarele caracteristici:
– amplificarea în tensiune a V în bucla deschisa foarte mare ( cuprinsa între zeci de
mii si sute de mii);
– impedanta de intrare diferentiala Z i foarte mare (de ordinul M ?);
– impedanta de iesire Z o mica (de ordinul sutelor de ?);
– curentii de intrare în bornele neinversoare si inversoare foarte mici ( de ordinul
pA);
– relatia de legatura d intre tensiunea de intrare diferentiala u id= Vi+-Vi- ( diferenta
dintre tensiunea pe borna neinversoare si tensiunea pe borna inversoare ) si
tensiunea de iesire vo este:
0()ViivaVV+−=⋅−
– deoarece marimea v o este finita ( -VEE< vo<VCC ) si ampli ficarea a V foarte mare,
putem scrie o relatie teoretica între tensiunile de intrare:
iiVV+−=

, relatie care aproximeaza foarte bine situatia din realitate.
Amplificatorul cu reactie negativa este desenat în figura de mai jos:

Figura 2: Amplificatorul uA741 în configuratie neinversoare

Deoarece curentul de intrare în borna neinversoare este foarte mic ( de ordinul pA) se
poate scrie ca:

Observînd ca V i=Vi+ avem c a:
2
121
1o
V
i
VVAR V
RRa==
++

Deoarece:
2
121
VR
aRR +=
Putem scrie:
1
21VR
AR=+
Se observa din aceasta relatie ca amplificarea este independenta de marimea amplificarii
în tensiune a V , de sarcina, de frecventa si de tensiunea de alimentare. În realitate însa
amplificarea scade la cresterea frecventei ( cu 20dB pe octava), la scaderea rezistentei de
sarcina, la modificarea tensiunii de alimentare. Relatia este valabila pentru un raport
R1/R2 suficient de mic ( mult mai mic decît amplificarea în bucla deschisa a V).
2
12ioRVVRR−=⋅+

2. Desfasurarea lucrarii
A. Reteaua Wien:

Reteaua Wien este formata cu ajutorul condensatoarelor C 1, C2, respectiv a rezistentelor
R4 si R3.

Figura 3: Schema retelei Wien ( RC)

Se va studia comportarea circuitului în domeniul frecventa. Pentru aceasta vom aplica la
intrare o sursa ideala de tensi une VAC de amplitudine 1V ( independenta de frecventa) si
vom masura tensiunea la bornele rezistentei R 3.
Se deseneaza schema cu ajutorul utilitarului Schematics, alegîndu -se simularea în
domeniul frecventa 1Hz -10MHz ( figura 4). Du pa rularea simularii cu F11 se alege
pentru reprezentare tensiunea V2(R3): Trace -Add Trace: V2(R3).
Se determina frecventa de oscilatie f o( frecventa la care tensiunea pe R 3 e maxima).

Se completeaza tabelul de mai jos:

Tabelul 2
V1=1V fo
f/fo 0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20
V2(R3)
FW=V2/V1

Ulterior vom determina partea reala si partea imaginara a tensiunii le bornele lui R 3:
– R(V2(R3))
– Img(V2(R3))
În figurile 4, 5, 6 si 7 se arata configurarea simularii în frecventa si rezultatel e ei.

Figura 4: Simularea în domeniul frecventa a retelei Wien

Figura 5: Simularea partii reale a tensiunii la bornele lui R 2

Figura 6. Reprezentarea partii imaginare a tensiunii pe R 2

Figura 7: Reprezentarea tensiunii si fazei la bornele rezistentei R 2

B. Oscilatorul cu retea Wien

Se conecteaza între iesirea amplificatorului operational (terminalul 6) si masa o
rezistenta de sarcina R l :

Figura 8. Schema oscilatorului cu retea Wien si rezistenta de sarcina

Se masoara valoarea ampl itudinii oscilatiilor pe rezistenta de sarcina Rl pentru diferite
valori ale rezistentei de sarcina si ale tensiunii de alimentare (V 1, V2). Rezultatele se trec
în tabel.

Tabelul 3
fosc=
Vcc /Rl Rl=330? Rl=470 ? Rl=1k? Rl=2,4k ? Rl=8
+7/-7
+11/-11
+15/-15

Se studiaza forma oscilatiilor modificînd R 1=4,1K ?:
– R1= 3.9K ?;
– R1= 4.1K ?;
– R1 =4.4K ?.
Ce observati în fiecare situatie ?

C. Oscilatorul cu retea Wien si stabilizare a amplitudinii oscilatiilor cu FET

Se modific a schema din figura 8 ada ugîndu -se în locul retelei rezistive în circuitul de
reactie negativa al amplificatorului un tranzistor cu efect de cîmp ( 2N3819 ). Se
deseneaza circuitul si se reia simularea în domeniul frecventa, notîndu -se valoarea
amplitudinii oscilatiilor în tabelul de mai jos:

Tabelul 4
fosc=
Vcc /Rl Rl=330 ? Rl=470 ? Rl=1k? Rl=2,4k ? Rl=8
+7/-7
+11/-11
+15/-15

Figura 9 . Schema oscilatorului în punte Wien la care amplitudinea oscilatiilor de iesire se
regleaza cu tranzistor cu efect de cîmp

Toata viata sa omul -inginer cauta raspuns la problemele care -l framînta ( atît pe plan
sufletesc cît si profesional ), oscilînd între siguranta unei solutii imperfecte si frica de
necunoastere. Pentru ca amplitudinea acestor oscilatii proprii sa fie cît m ai mica, sunteti
asteptati cu întrebari sau propuneri legate de aceasta lucrare la adresa
lteodorescu @arh.pub.ro .

As. ing. Laurentiu Teodorescu