वेन ब्रिज ऑसिलेटर

इस ट्यूटोरियल में, हम वेन ब्रिज ऑसिलेटर के बारे में जानेंगे, जिसे एक जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स वीन ने विकसित किया था । यह मूल रूप से समाई की गणना के लिए विकसित किया गया है जहां प्रतिरोध और आवृत्ति ज्ञात है। गहराई से चर्चा करने से पहले कि वास्तव में वेन ब्रिज थरथरानवाला क्या है और इसका उपयोग कैसे किया जाता है, आइए देखें कि ऑसिलेटर क्या है और वेन ब्रिज ऑसिलेटर क्या है।

वेन ब्रिज थरथरानवाला:

आरसी थरथरानवाला के पिछले ट्यूटोरियल में, एक प्रतिरोधक और संधारित्र को एक चरण शिफ्ट का उत्पादन करने की आवश्यकता होती है, और यदि हम एक एम्पलीफायर को इनवर्टिंग कल्पना से जोड़ते हैं और एम्पलीफायर और आरसी नेटवर्क को एक फीडबैक कनेक्शन से जोड़ते हैं, तो एम्पलीफायर का उत्पादन शुरू होता है। दोलन द्वारा साइनसोइडल तरंग ।

एक वेन ब्रिज ऑसिलेटर में दो आरसी नेटवर्क एक एम्पलीफायर में उपयोग किए जाते हैं और एक ऑसिलेटर सर्किट का उत्पादन करते हैं।

लेकिन हमें वीन ब्रिज ऑसिलेटर क्यों चुनना चाहिए ?

निम्नलिखित बिंदुओं के कारण वीन ब्रिज ऑसिलेटर, सिनुसोइडल वेव बनाने के लिए एक समझदार विकल्प है।

1. यह स्थिर है।
2. विकृति या टीएचडी (कुल हार्मोनिक विरूपण) नियंत्रणीय सीमा के अंतर्गत है।
3. हम आवृत्ति को बहुत प्रभावी ढंग से बदल सकते हैं।

जैसा कि पहले बताया गया था कि वीन ब्रिज ऑसिलेटर के पास दो स्टेज आरसी नेटवर्क हैं । इसका मतलब है कि इसमें दो गैर-ध्रुवीय कैपेसिटर और एक उच्च पास और कम पास फिल्टर के गठन में दो प्रतिरोधक शामिल हैं । एक संधारित्र और एक संधारित्र श्रृंखला में दूसरी ओर एक संधारित्र और समानांतर संधारित्र में एक संधारित्र। यदि हम सर्किट का निर्माण करेंगे तो योजनाबद्ध सिर्फ इस तरह दिखेगा: -

जैसा कि स्पष्ट रूप से देखा गया है कि दो कैपेसिटर हैं और दो प्रतिरोधों का उपयोग किया जाता है। दोनों आरसी चरण जो हाई पास और लो पास फिल्टर के रूप में कार्य करते हैं, जो एक बैंड पास फिल्टर का उत्पाद है जो दो ऑर्डर चरणों की आवृत्ति निर्भरता को जमा करता है। R1 और R2 प्रतिरोध समान हैं और C1 और C2 समाई भी समान है।

वेन ब्रिज थरथरानवाला उत्पादन लाभ और चरण बदलाव:

उपरोक्त छवि में आरसी नेटवर्क सर्किट के अंदर क्या होता है, बहुत दिलचस्प है।

जब कम आवृत्ति को पहले संधारित्र (C1) लागू किया जाता है, तो प्रतिक्रिया काफी अधिक होती है और इनपुट सिग्नल को अवरुद्ध करता है और 0 आउटपुट का उत्पादन करने के लिए सर्किट का विरोध करता है, दूसरी ओर, दूसरी संधारित्र (C2) के लिए एक अलग तरीके से एक ही बात होती है जो समानांतर स्थिति में जुड़ा हुआ है। C2 अभिक्रिया बहुत कम हो जाती है और संकेत को दरकिनार कर फिर से 0 आउटपुट उत्पन्न करती है।

लेकिन एक मध्यम आवृत्ति के मामले में जब C1 अभिक्रिया अधिक नहीं होती है और C2 प्रतिक्रिया नहीं होती है तो यह C2 बिंदु के पार आउटपुट देगा। इस आवृत्ति को गुंजयमान आवृत्ति के रूप में संदर्भित किया जाता है ।

यदि हम सर्किट्री के अंदर गहराई से देखते हैं तो हम देखेंगे कि यदि प्रतिध्वनि आवृत्ति प्राप्त हो जाती है तो सर्किट की प्रतिक्रिया और सर्किट का प्रतिरोध बराबर होता है।

तो, ऐसे दो नियम लागू होते हैं जब सर्किट पूरे इनपुट में गुंजयमान आवृत्ति द्वारा प्रदान किया जाता है।

A. इनपुट और आउटपुट का चरण अंतर 0 डिग्री के बराबर है।

B. जैसा कि 0 डिग्री में होता है आउटपुट अधिकतम होगा। लेकिन कितना? यह इनपुट सिग्नल की परिमाण का बारीकी से या ठीक 1/3 ^rd है।

यदि हम सर्किटरी के आउटपुट को देखते हैं तो हम उन बिंदुओं को समझेंगे।

आउटपुट बिल्कुल वैसा ही है जैसा कि चित्र दिखा रहा है। 1Hz से कम आवृत्ति पर आउटपुट कम या लगभग 0 है और गुंजयमान आवृत्ति तक इनपुट पर आवृत्ति के साथ बढ़ रहा है, और जब गुंजयमान आवृत्ति तक पहुंच जाता है तो आउटपुट अपने अधिकतम चरम बिंदु पर होता है और आवृत्ति के बढ़ने के साथ और फिर से लगातार कम हो रहा है यह उच्च आवृत्ति पर 0 उत्पादन करता है। तो यह स्पष्ट रूप से एक निश्चित आवृत्ति रेंज से गुजर रहा है और उत्पादन का उत्पादन कर रहा है। इसीलिए पहले इसे फ़्रीक्वेंसी भरोसेमंद वैरिएबल बैंड (फ़्रीक्वेंसी बैंड) पास फ़िल्टर के रूप में वर्णित किया गया था। यदि हम आउटपुट के चरण बदलाव को बारीकी से देखते हैं तो हम उचित गुंजयमान आवृत्ति पर आउटपुट में 0 डिग्री चरण मार्जिन को स्पष्ट रूप से देखेंगे।

इस चरण आउटपुट वक्र में चरण अनुनाद आवृत्ति पर ठीक 0 डिग्री है और इसे 90 डिग्री से 0 डिग्री पर घटाना शुरू किया जाता है जब इनपुट आवृत्ति तब तक बढ़ जाती है जब तक कि प्रतिध्वनि आवृत्ति प्राप्त नहीं हो जाती है और उसके बाद चरण बिंदु के अंत में घटता रहता है - 90 डिग्री। दोनों मामलों में दो शब्दों का उपयोग किया जाता है, यदि चरण सकारात्मक है, तो इसे चरण अग्रिम कहा जाता है और नकारात्मक के मामले में इसे चरण विलंब कहा जाता है ।

हम इस सिमुलेशन वीडियो में फ़िल्टर चरण का आउटपुट देखेंगे:

इस वीडियो में R1 R2 में R के रूप में 4.7k और C1 और C2 दोनों के लिए 10nF संधारित्र का उपयोग किया जाता है । हमने चरणों के पार साइनसॉइडल तरंग को लागू किया और आस्टसीलस्कप में येलो चैनल सर्किटरी का इनपुट दिखा रहा है और ब्लू लाइन सर्किटरी का आउटपुट दिखा रहा है । यदि हम बारीकी से देखते हैं कि आउटपुट आयाम इनपुट सिग्नल का 1 / 3rd है और आउटपुट चरण लगभग समान है जैसा कि पहले से चर्चा की गई गुंजयमान आवृत्ति में 0 डिग्री चरण बदलाव है ।

अनुनाद आवृत्ति और वोल्टेज आउटपुट:

यदि हम मानते हैं कि आर 1 = आर 2 = आर या एक ही अवरोधक का उपयोग किया जाता है, और कैपेसिटर सी 1 = सी 2 = सी के चयन के लिए उसी समाई मूल्य का उपयोग किया जाता है तो प्रतिध्वनि आवृत्ति होगी

Fhz = 1 / 2πRC

R का मतलब है Resistor और C का मतलब है कैपेसिटर या कैपेसिटेंस और Fhz अगर रेजोनेंस फ्रीक्वेंसी है।

अगर हम RC नेटवर्क के Vout की गणना करना चाहते हैं तो हमें सर्किट को एक अलग तरीके से देखना चाहिए।

यह आरसी नेटवर्क एसी सिग्नल इनपुट के साथ काम करता है । डीसी के मामले में सर्किटरी प्रतिरोध की गणना के बजाय एसी के मामले में सर्किटरी प्रतिरोध की गणना करना थोड़ा मुश्किल है।

आरसी नेटवर्क प्रतिबाधा बनाता है जो एक लागू एसी सिग्नल पर प्रतिरोध के रूप में कार्य करता है। एक वोल्टेज विभक्त के दो प्रतिरोध होते हैं, इन RC चरणों में दो प्रतिरोधों में पहला फ़िल्टर (C1 R1) प्रतिबाधा और दूसरा फ़िल्टर (R2 C2) प्रतिबाधा होता है।

जैसे कि संधारित्र श्रृंखला या समानांतर विन्यास में जुड़े होते हैं तब प्रतिबाधा सूत्र होगा: -

Z प्रतिबाधा का प्रतीक है, R प्रतिरोध है और Xc संधारित्र की कैपेसिटिव प्रतिक्रिया के लिए है।

उसी सूत्र का उपयोग करके हम पहले चरण की प्रतिबाधा की गणना कर सकते हैं।

दूसरे चरण के मामले में, सूत्र समान समतुल्य रोकनेवाला की गणना के समान है,

Z प्रतिबाधा है, आर प्रतिरोध है, X कैपेसिटर है

सर्किट के अंतिम प्रतिबाधा की गणना इस सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है: -

हम एक व्यावहारिक उदाहरण की गणना कर सकते हैं और ऐसे मामले में आउटपुट देख सकते हैं।

यदि हम मूल्य की गणना करते हैं और परिणाम देखते हैं तो हम देखेंगे कि आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज का 1 / 3rd होगा ।

अगर हम दो चरण आरसी फिल्टर आउटपुट को नॉन-इनवर्टिंग एम्पलीफायर इनपुट पिन या + विन पिन से जोड़ते हैं, और आउटपुट को साइनसॉइडल वेव उत्पन्न करने वाले नुकसान को पुनर्प्राप्त करने के लिए लाभ को समायोजित करेंगे। यह वीन ब्रिज ऑसिलेशन है और सर्किट्री वेन ब्रिज ऑसिलेटर सर्किट है।

कार्य और वेन ब्रिज थरथरानवाला का निर्माण:

उपरोक्त छवि में, RC फ़िल्टर एक op-amp से जुड़ा हुआ है जो एक गैर-इनवर्टिंग कॉन्फ़िगरेशन में है । R1 और R2 फिक्स्ड वैल्यू रेसिस्टर है जबकि C1 और C2 एक वैरिएबल ट्रिम कैपेसिटर है। एक ही समय में उन दो कैपेसिटर के मूल्य को अलग-अलग करने से हम निचली श्रेणी से ऊपरी सीमा तक उचित दोलन प्राप्त कर सकते हैं। यह बहुत उपयोगी है अगर हम निचले से ऊपरी सीमा तक अलग-अलग आवृत्ति पर साइनसोइडल तरंग का उत्पादन करने के लिए वेन ब्रिज ऑसिलेटर का उपयोग करना चाहते हैं। और आर 3 और आर 4 का उपयोग ऑप-एएमपी प्रतिक्रिया लाभ के लिए किया जाता है। आउटपुट लाभ या प्रवर्धन उन दो मूल्य संयोजनों पर अत्यधिक निर्भर है। चूंकि दो आरसी चरण आउटपुट वोल्टेज को 1 / 3rd पर गिराते हैं, इसलिए उस बैक को पुनर्प्राप्त करना आवश्यक है। कम से कम 3x या 3x (4x पसंदीदा) से अधिक प्राप्त करना भी एक समझदार विकल्प है।

हम 1+ (R4 / R3) संबंध का उपयोग करके लाभ की गणना कर सकते हैं ।

यदि हम फिर से छवि देखते हैं तो हम देख सकते हैं कि आउटपुट से परिचालन एम्पलीफायर का फीडबैक पथ सीधे आरसी फिल्टर इनपुट चरण से जुड़ा हुआ है। चूंकि दो चरण आरसी फिल्टर में अनुनाद आवृत्ति क्षेत्र में 0 डिग्री चरण बदलाव की संपत्ति होती है, और सीधे op-amp सकारात्मक प्रतिक्रिया से जुड़ा होता है तो मान लें कि यह xV + है और नकारात्मक प्रतिक्रिया में उसी वोल्टेज को लागू किया जाता है जो xV- है उसी 0 डिग्री चरण के साथ सेशन-एम्पी दो इनपुट को अलग करता है और नकारात्मक प्रतिक्रिया सिग्नल को नियंत्रित करता है और इसके कारण आरसी चरणों में जुड़े आउटपुट ऑप-एम्प शुरू करने के लिए जारी रहता है।

यदि हम एक उच्च स्लीव दर का उपयोग करते हैं, तो उच्च आवृत्ति सेशन- amp आउटपुट-फ़्रीक्वेंसी को एक विस्तृत राशि द्वारा अधिकतम किया जा सकता है।

कुछ उच्च आवृत्ति ऑप-एम्प्स इस सेगमेंट में हैं।

इसके अलावा हमें पिछले आरसी थरथरानवाला ट्यूटोरियल के रूप में याद करने की आवश्यकता है जिसे हमने लोडिंग प्रभाव के बारे में चर्चा की है, हमें लोडिंग प्रभाव को कम करने और सुनिश्चित करने के लिए आरसी फिल्टर से अधिक उच्च इनपुट प्रतिबाधा के साथ ऑप-एम्प का चयन करना चाहिए। उचित स्थिर दोलन।

• LM318A
• LT1192
• मैक्स 477
• LT1226
• OPA838
• THS3491 जो 900 मेगाहर्ट्ज उच्च बीज सेशन- amp है!
• LTC6409 जो कि 10 Ghz GBW डिफरेंशियल ऑप-एम्प है। इसका उल्लेख नहीं करने के लिए सर्किट्री पर विशेष ऐड की आवश्यकता होती है और साथ ही इस उच्च आवृत्ति उत्पादन को प्राप्त करने के लिए असाधारण अच्छा आरएफ डिजाइन रणनीति।
• LTC160
• OPA365
• TSH22 औद्योगिक ग्रेड सेशन- amp।

वेन ब्रिज थरथरानवाला का व्यावहारिक उदाहरण:

आइए Resistor और कैपेसिटर मूल्य को चुनकर एक व्यावहारिक उदाहरण मान की गणना करें।

इस छवि में, आरसी थरथरानवाला के लिए 4.7k रोकनेवाला का उपयोग R1 और R2 दोनों के लिए किया जाता है । और एक ट्रिमर संधारित्र जिसका उपयोग दो ध्रुवों में होता है, C1 और C2 ट्रिमिंग क्षमता के लिए 1-100nF होता है । 1nF, 50nF और 100nF के लिए दोलन की आवृत्ति की गणना करने देता है। साथ ही हम op-amp के लाभ की गणना करेंगे जैसे कि R3 को 100 k और R4 को 300k के रूप में चुना गया है ।

के रूप में आवृत्ति की गणना करना आसान है

Fhz = 1 / 2πRC

C के मान के लिए 1nF है और प्रतिरोधक के लिए 4.7k आवृति होगी

Fhz = 33,849 हर्ट्ज या 33.85 KHz

C के मान के लिए 50nF है और प्रतिरोधक के लिए 4.7k आवृति होगी

Fhz = 677Hz

C के मान के लिए 100nF है और प्रतिरोधक के लिए 4.7k आवृति होगी

Fhz = 339 हर्ट्ज

तो सबसे उच्च आवृत्ति हम 1nF का उपयोग करके प्राप्त कर सकते हैं जो 33.85 Khz है और सबसे कम आवृत्ति हम 100nF का उपयोग करके प्राप्त कर सकते हैं 339Hz है।

Op-amp के लाभ 1+ है (R4 / R3)

R4 = 300 k

आर 3 = 100 कि

तो Gain = 1+ (300k + 100k) = 4x

नॉन-इनवर्टेड "पॉज़िटिव" पिन पर ऑप-एम्प इनपुट के 4x लाभ का उत्पादन करेगा।

तो इस तरह से हम वेरिएबल फ्रीक्वेंसी बैंडविड्थ Wein Bridge Oscillator का उत्पादन कर सकते हैं।

अनुप्रयोग:

संधारित्र का सटीक मान ज्ञात करने से लेकर इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में व्यापक स्तर पर उपयोग में आने वाले वेन ब्रिज ऑसिलेटर का उपयोग किया जाता है, कम शोर स्तर के कारण 0 डिग्री चरण स्थिर ऑसिलेटर संबंधित सर्किटरी उत्पन्न करने के लिए, यह विभिन्न ग्रेड स्तर के लिए एक समझदार विकल्प भी है। अनुप्रयोगों जहां निरंतर दोलन की आवश्यकता होती है।