Osilator Jembatan Wien

Sebuah osilator adalah rangkaian yang menghasilkan bentuk gelombang ac sebagai output ketika disuplai oleh dc sebagai input.

Masalahnya adalah ac yang disuplai dari perusahaan sumber listrik bekerja pada frekuensi tetap 60 Hz di beberapa negara seperti Amerika Serikat dan 50 Hz di negara lainnya, dimana banyak perangkat elektronik seperti rangkaian elektronik, perangkat komunikasi, dan microwave yang beroperasi dengan frekuensi yang dihasilkan sendiri yang dengan range 0 hingga 10 GHz atau lebih. Osilator digunakan untuk menghasilkan frekuensi macam ini.

1. Gain total pada osilator harus bernilai 1 atau lebih besar. Karena itu, rugi-rugi harus dikompensasi oleh perangkat penguatan.
2. Pergeseran fasa total (dari input ke output dan kembali ke input) harus bernilai nol.

Tiga jenis osilator gelombang sinus paling umum merupakan pergeseran fasa, twin T, dan osilator jembatan Wien. Disini kita akan membahas osilator jembatan Wien.

Osilator jembatan Wien banyak digunakan untuk menghasilkan sinusoidal dengan frekuensi di bawah 1 MHz. Rangkaian ini terdiri dari rangkaian op amp RC hanya dengan beberapa komponen, mudah untuk diatur dan didesain. Seperti yang terlihat di Gambar.(1), osilator pada dasarnya terdiri dari penguat noninverting dengan dua jalur feedback : feedback positif ke input noninverting menciptakan osilasi, sedangkan feedback negatif ke input inverting mengontrol gain.

Gambar 1. Osilator jembatan Wien

Jika kita mendefinisikan impedansi pada kombinasi RC paralel dan seri pada Z_s dan Z_p, maka

(1)

(2)

Rasio feedbacknya

(3)

Substitusi Persamaan.(1) dan (2) ke (3) menghasilkan

(4)

Untuk memenuhi kriteria kedua Barkhausen, V₂ harus sefasa dengan V_o, dimana menunjukkan bahwa rasio di Persamaan.(4) adalah real. Jadi, bagian imajiner seharusnya nol. Atur bagian imajiner setara dengan nol menghasilkan frekuensi wo sesuai

atau

(5)

Pada kenyataannya,  R₁ = R₂ = R dan C₁ = C₂ = C, sehingga

(6)

atau

(7)

Substitusi Persamaan.(6) dan R₁ = R₂ = R, C₁ = C₂ = C ke Persamaan.(4) menghasilkan

(8)

Jadi, untuk dapat memenuhi kriteria pertama Barkhausen, op amp harus mengkompensasi dengan menyediakan gain bernilai 3 atau lebih sehingga gain total setidaknya bernilai satu. Kita ingat kembali bahwa penguat noninverting,

(9)

atau

(10)

Karena adanya delay yang dihasilkan op amp, osilator jembatan Wien terbatas untuk beroperasi di frekuensi 1 MHz atau lebih rendah.

Untuk pemahaman yang lebih baik, simak contoh di bawah :
Desain sebuah rangkaian osilator jembatan Wien pada 100 kHz
Solusi :
Dengan Persamaan.(7), kita dapatkan konstanta waktu pada rangkaian :

(1.1)

Jika kita memilih R = 10 kΩ, maka kita dapat memilih C = 159 pF untuk memenuhi Persamaan.(1.1). Karena gain harus 3, R_f/R_g = 2. Kita dapat memilih R_f = 20 kΩ ketika R_g = 10 kΩ.