Oscilador puente de Wien

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El siguiente proyecto es un generador de señal senoidal conocido con el nombre de oscilador puente de Wien. Fue desarrollado por el físico alemán Max Wien en el año 1891. El circuito es como se muestra a continuación:

El oscilador puente de Wien tiene dos partes principales, un filtro pasa banda que se encarga de generar la oscilación a una frecuencia igual a su frecuencia central, y un amplificador no inversor que mantiene la ganancia del oscilador en uno. El filtro pasa banda tiene como entrada la salida del amplificador operacional vo, y su salida vx se realimenta al pin no inversor del mismo amplificador. En vista que la salida del filtro está atenuada ya que es un filtro pasivo, con las resistencias RF y R1 se realiza el ajuste para que la ganancia A sea la unidad. Entonces primero se realizará el análisis del filtro pasa banda. El circuito del filtro es el siguiente:

La función de transferencia es la siguiente:

Esta función la comparamos con la función estándar de un filtro pasa banda que es la siguiente:

Entonces se pueden observar 4 cosas importantes:

1. La ganancia del filtro A es de un tercio (1/3).

2. El factor de calidad del filtro Q es también de un tercio (1/3).

3. La frecuencia central f0 es igual a:

4. La fase en la frecuencia central (frecuencia de oscilación ) es de cero grados (0°). 

Con lo anterior sabemos que la ganancia que debe tener el amplificador no inversor es de 3, ya que la ganancia del filtro pasabanda es de 1/3. Entonces la ecuación del amplificador no inversor es la siguiente:

Reemplazando la ganancia por 3, y despejando RF y R1, tenemos lo siguiente:

Entonces las ecuaciones de diseño para un oscilador puente de Wien quedan:

Tenga en cuenta:

- La amplitud de la señal de salida estará entre los voltajes de saturación del amplificador operacional VOH y VOL.
- El valor de C es libre. Escoger el mas adecuado.
- Los valores de RF y R1 son libres, mientra cumplan la relación de RF/R1=2.
- En caso que el circuito no oscile, se debe aumentar un poco la ganancia del oscilador, es decir aumentar un poco el valor de RF.

Para entender mejor se realizarán dos ejemplos.

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Descarga la simulación en proteus 7.9 de Oscilador puente de Wien aquí.

Descarga la simulación en proteus 8.3 de Oscilador puente de Wien aquí.

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Ejemplo 1. Diseñe un oscilador puente de Wien para una frecuencia de 300Hz.

Solución. Se usará el amplificador LM324, y una fuente dual de 12 voltios. Se escoge un valor de C de 100nF. El valor de R está dado por:

Ahora como valor de R1 se escoge 5kΩ, entonces el valor de RF seria de 10kΩ. El circuito queda de la siguiente manera:

La simulación es la siguiente:

La línea de color azul es la salida del oscilador vo, y la línea de color amarilla es la salida del filtro pasa banda vx. Se puede observar que la frecuencia de oscilación es muy cercana a 300Hz. Además la señal de salida del oscilador esta contenida entre VOH y VOL.

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Ejemplo 2. Diseñe un oscilador puente de Wien para un frecuencia de 5kHz.

Solución. Se usar el amplificador LF351, y una fuente dual de 10 voltios. Como valor de R1 se usara 5kΩ, es decir que RF deberá tener un valor de 10kΩ. Como valor de C se usara 10nF. Entonces el valor de R será:

El circuito queda de la siguiente manera:

Y la simulación es la siguiente:

La linea de color azul es la salida del oscilador, y la línea de color azul es la salida del filtro pasa banda. La frecuencia de oscilación es muy cercana a los 5kHz. Además también se puede observar que la amplitud de vx es un un tercio de la amplitud de vo.

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