Wienin siltaoskillaattori: Piiri ja taajuuslaskenta

Mikä on Wienin siltaoskillaattori?

Wienin siltaoskillaattori on tyyppi vaiheen siirtymäoskillaattorista, joka perustuu Wienin silta-verkkoon (Kuva 1a), jossa on neljä kättelyä yhdistetty silta-asennossa. Tässä kaksi kättelyä ovat pelkästään vastusperäisiä, kun taas muut kaksi kättelyä ovat vastusten ja kapasitanssien yhdistelmä.

Erityisesti yksi kättelyssä on vastus ja kapasitaattori sarjaan kytketty (R1 ja C1) toisessa ne ovat rinnan (R2 ja C2).

Tämä osoittaa, että nämä kaksi verkon kättelyä käyttäytyvät samalla tavalla kuin ylärajapassisuodatin tai alirajapassisuodatin, jäljitellen Kuva 1b:n näyttämää käyttäytymistä.

Tässä piirissä korkeilla taajuuksilla kapasitaattien C1 ja C2 reaktanssi on paljon pienempi, joten jännite V0 tulee nollaksi, koska R2 lyhenee.

Seuraavaksi alhaisilla taajuuksilla kapasitaattien C1 ja C2 reaktanssi tulee hyvin suureksi.

Kuitenkin myös tässä tapauksessa ulostulojännite V0 pysyy nollana, koska kapasitaatti C1 toimii avoinna.

Tämänkaltaisen käyttäytymisen osoittaa Wienin silta-verkko, mikä tekee siitä johtavan viivästyksen piirin alhaisilla ja korkeilla taajuuksilla.

Wienin siltaoskillaattorin taajuuden laskenta

Kuitenkin näiden kahden korkean ja matalan taajuuden välillä on erityinen taajuus, jolla vastusarvo ja kapasitiivinen reaktanssi tulevat yhtä suureksi, tuottamalla maksimaalisia ulostulovoltteja.

Tätä taajuutta kutsutaan resonaantiseksi taajuudeksi. Wienin siltaoskillaattorin resonaantista taajuutta lasketaan seuraavan kaavan avulla:

Lisäksi tässä taajuudessa syötteellä ja ulostulolla on nolla vaiheero ja ulostulovoltin suuruus tulee kolmasosa syötteen arvosta. Lisäksi huomataan, että Wienin silta tasapainotetaan vain tällä erityisellä taajuudella.

Wienin siltaoskillaattorissa, Kuvassa 1 oleva Wienin silta-verkko käytetään palautepolussa, kuten Kuvassa 2 näytetään. BJT:n (Bipolaariyhteyshenkilötransistori) avulla toteutettu Wienin oskillaattorin piirikaavio näyttää seuraavalta:

Näissä oskillaattoreissa vahvistinosa koostuu kahdesta vahvistinkerroksesta, jotka muodostetaan transistoreilla, Q1 ja Q2, missä Q2:n ulostulo syötetään takaisinpäin Q1:lle Wienin silta-verkon (piirrossa sinisessä laatikossa) kautta.

Tässä piirin sisäisestä häiriöstä aiheutuu muutos Q1:n pohjiströömissä, joka ilmenee sen kerrokipisteessä laajennettuna 180o vaiheeroilla.

Tämä syötetään Q2:lle C4:n kautta, laajennetaan entisestään ja ilmenee lisävaiheerolla 180o.

Tämä tekee nettophasieroista, jotka syötetään Wienin silta-verkkoon, 360o, täyttäen vaiheerokriteerin pitkäkestoisia heilahteluja varten.

Kuitenkin tämä ehto täyttyy vain resonaantista taajuutta varten, mikä tekee Wienin siltaoskillaattoreista erittäin valikoivia taajuuden suhteen, mikä johtaa taajuuden vakautuneeseen suunnitteluun.

Wienin siltaoskillaattoreita voidaan suunnitella myös Op-Ampien avulla niiden vahvistinsekion osana, kuten Kuva 3 näyttää.

On kuitenkin huomioitava, että tässä Op-Ampi on vaadittu toimimaan epäinversiovahvistintenä, koska Wienin silta-verkko tarjoaa nollan vaiheeron.

Lisäksi piiristä on havaittavissa, että ulostulovolti syötetään sekä inversio- että epäinversiosyöttöputkille.

Resonaantista taajuutta varten, inversio- ja epäinversiosyöttöputkiin sovellettavat voltit ovat yhtä suuria ja vaiheessa toistensa kanssa.

Kuitenkin myös tässä tapauksessa vahvistimen jännitevahvistus on oltava suurempi kuin 3 aloittaakseen heilahtelut ja yhtä suuri kuin 3 säilyttääkseen ne. Yleisesti ottaen, näitä Op-Amp-pohjaisia Wienin siltaoskillaattoreita ei voi käyttää yli 1 MHz:n rajan, koska niiden avoimen silmukan vahvistus asettaa rajoitteita.

Wienin siltaoskillaattorit ovat matalataajuusoskillaattoreita, joita käytetään äänien ja aliaänien taajuusten luomiseen, jotka ovat välillä 20 Hz - 20 kHz.

Lisäksi ne tuottavat vakautuneen, vähän vääristyneen siniäärin ulostulon laajalla taajuusalueella, joka voidaan valita vuosikymmenvastuslaatikoilla.

Lisäksi tämän kaltaisessa piirissä heilahtelutaajuus voidaan muuttaa helposti, sill